Evrendeki her atomun kalbinde sessizce çalkalanan, fiziğin anlamaya can attığı, dönen bir parçacık rüzgarıdır.
Hiçbir sonda, hiçbir mikroskop ve hiçbir X-ışını makinesi, bir atomun içinde dönen kuantum çarklarının kaotik bulanıklığını anlamayı umut edemez ve fizikçileri, parçacık çarpıştırıcılarının içindeki yüksek hızlı çarpışmaların enkazına dayanarak ellerinden gelenin en iyisini teorileştirmeye bırakır.
Araştırmacılar şimdi, atomların çekirdeğini oluşturan proton ve nötronlara küçük bir bakış sağlayan yeni bir araca sahipler.
Bilim adamları, ABD Enerji Bakanlığı’nın Brookhaven Ulusal Laboratuvarı’ndaki güçlü Relativistik Ağır İyon Çarpıştırıcısını (RHIC) kullanarak, daha önce hiçbir deneyde görülmemiş bir tür kuantum girişimi kullanarak altının proton ve nötronlarının düzeni hakkında kesin ayrıntıları toplamanın nasıl mümkün olduğunu gösterdiler. .
“Bu teknik, doktorların beyinde ve diğer vücut kısımlarında neler olup bittiğini görmek için pozitron emisyon tomografisini (PET taramaları) kullanma biçimine benzer.” diyor fizikçi James Daniel Brandenburg, eskiden bir Brookhaven araştırmacısı ve şimdi STAR işbirliğinin bir üyesi.
“Fakat bu durumda, femtometre ölçeğinde – bir metrenin katrilyonda biri – bireysel bir protonun boyutunun özelliklerini haritalamaktan bahsediyoruz.”
Ders kitabı terimleriyle, bir protonun anatomisi, gluon adı verilen kuvvet taşıyan bir parçacığın değiş tokuşuyla birbirine bağlanan kuarklar adı verilen temel yapı taşlarının üçlüsü olarak tanımlanabilir.
Yakınlaştırıp bu işbirliğini ilk elden gözlemleseydik, bu kadar düzgün bir şey göremezdik. Parçacıklar ve antiparçacıklar, parçacık dağılımına ilişkin kuralların tutarlı olmaktan çok uzak olduğu, kaynayan bir istatistiksel çılgınlık köpüğünde var olurlar ve yok olurlar.
Kuarkların ve gluonların hareketlerine ve momentumlarına kısıtlamalar getirmek biraz zekice düşünmeyi gerektirir, ancak fizikçilerin asıl arzuladığı şey somut kanıtlardır.
Ne yazık ki, bir protona ışık tutmak, onun hareketli parçalarının anlık görüntüsünü elde etmenize neden olmaz. Fotonlar ve gluonlar çok farklı kurallara göre hareket ederler, yani etkin bir şekilde birbirlerine görünmezler.
Ancak bir boşluk var. Yeterli enerjiyle dolu ışık dalgaları, ara sıra, aralarında kuarklar ve antikuarkların da bulunduğu, yeniden yok olmadan önce varoluşun eşiğinde duran parçacık çiftlerini çalkalayabilir.
Bu kendiliğinden ortaya çıkış, bir atomun çekirdeğinin işitme mesafesi içinde meydana gelirse, karşıt kuarkların poltergeist titreşimi, gluonların dönen yaylımlarıyla karışabilir ve geçici olarak bir konglomera oluşturabilir. rho parçacığıhangisi bir saniyenin kesri içinde adı verilen bir çift yüklü parçacığa ayrılır. şakayık.
Bu çiftler, yukarı kuark ve aşağı antikuarktan oluşan pozitif bir pion ile aşağı kuark ve yukarı antikuarktan oluşan negatif bir piondan oluşur.
Bu şekilde oluşan şakayıkların yolunun ve özelliklerinin izini sürmek, bize eşek arısının doğduğu yuva hakkında bir şeyler söyleyebilir.
Birkaç yıl önceRHIC’deki araştırmacılar, yüksek hızlarda hareket eden altın atomlarını çevreleyen elektromanyetik alanların bir foton kaynağı olarak kullanılmasının mümkün olduğunu keşfettiler.
“Daha önceki çalışmada, bu fotonların, iyonun merkezinden dışarıya doğru yayılan elektrik alanları ile polarize olduğunu gösterdik.” diyor Brookhaven fizikçisi Zhangbu Xu.
“Ve şimdi, çekirdekleri yüksek enerjide etkili bir şekilde görüntülemek için bu aracı, polarize ışığı kullanıyoruz.”
İki altın atomu, çarpıştırıcıyı zıt yönlerde çevrelerken çarpışmadan zar zor kaçındığında, her bir çekirdekten geçen ışık fotonları bir rho parçacığını ve dolayısıyla yüklü pion çiftlerini doğurabilir.
Fizikçiler, geçen altın çekirdeklerden çıkan piyonları ölçtüler ve gerçekten de karşıt yükleri olduğunu gösterdiler. Parçacık sağanağının dalga benzeri özelliklerinin analizi, ışığın kutuplaşmasına kadar izlenebilen ve çok daha az beklenen bir şeye işaret eden girişim işaretleri gösterdi.
Tipik uygulamalı ve deneysel kuantum ayarlarında, aynı türden parçacıklar arasında dolaşıklık gözlemlenir: elektronlar elektronlarla, fotonlar fotonlarla ve atomlar atomlarla.
Bu deneyde üretilen parçacıkların analizinde gözlemlenen girişim modelleri, yalnızca özdeş olmayan parçacıkların – pozitif yüklü bir pion ile negatif yüklü bir pion – dolaşıklığı ile açıklanabilir.
Teorik bir anormallik olmaktan uzak olsa da, laboratuvarda günlük bir olay olmaktan çok uzaktır. farklı parçacıkları içeren dolaşıklığın ilk deneysel gözlemi.
Dolaşmış girişim modellerini altın çekirdeklere kadar geriye doğru izleyen fizikçiler, nükleer parçacıkların yapılarına ilişkin yeni içgörüler sağlayarak, gluon dağılımının iki boyutlu bir portresini ortaya çıkarabilirler.
“Artık, belirli bir açıda gluonların yoğunluğunu gerçekten ayırt edebileceğimiz bir resim çekebiliriz. ve yarıçap,” diyor Brandenburg.
“Görüntüler o kadar kesin ki, protonların nerede olduğu ile nötronların bu büyük çekirdeklerin içinde nerede düzenlendiği arasındaki farkı bile görmeye başlayabiliriz.”
Bu araştırma yayınlandı Bilim Gelişmeleri.
Kaynak : https://www.sciencealert.com/mysterious-quantum-phenomenon-lets-us-peek-inside-an-atoms-heart