Sciencemag.cz
Doporučujeme
Se spinem neutronu (1/2) je to překvapivě složité. Neutron se skládá ze 3 kvarků (2 kvarky d a 1 kvark u), ty však podle nové studie odpovídají pouze za 25 až 30 % celkového spinu neutronu. Další vliv zde mají gluony, tedy částice silné interakce, které v nukleonech lepí kvarky dohromady. Tři kvarky se také pohybují kolem sebe navzájem a orbitální úhlový moment vznikající při tomto pohybu ovlivňuje celkový spin rovněž. A do hry vstupují i spiny virtuálních částic, kvarků i antikvarků. Vedle hlavních (valenčních) kvarků totiž z vnitřní energie neutronu neustále vznikají i dvojice kvarků/antikvarků virtuálních.
Na toto téma viz také: Podivné asymetrie: Antikvarky v protonu fungují jinak
Dien Nguyen a Jennifer Rittenhouse West z Brookhaven National Laboratory (spadá pod americké ministerstvo energetiky) nyní popsali novou metodu, jak by se spin neutronu mohl dát zkoumat. Chtějí-li vědci zjistit, jak se jednotlivé faktory podílejí na celkovém spinu neutronu, zkoumají obvykle vnitřní strukturu neutronů tím, že do nich střílejí elektrony o vysoké energii. Elektron přitom pronikne do neutronu a srazí se s jedním z jeho kvarků, v důsledku toho se vychýlí a změření jeho vlastností poskytne obrázek o tom, co se děje uvnitř neutronu. Problém je ale v tom, že neutrony jsou mimo atomové jádro nestabilní, takže se jejich vlastnosti zkoumají mnohem hůře než u protonů.
Vědci nyní přišli s novým způsobem „izolace neutronu“, kdy by se mělo podařit oddělit informaci o neutronu od zbytku atomového jádra. V Brookhaven National Laboratory se v roce 2024 má začít stavět nový urychlovač Electron-Ion Collider. Novinkou mát speciální část v detektoru, která zde umožní detekovat i dosud „neviditelné“ částice vznikající jako produkty srážek.
Jak konkrétně z experimentálních dat izolovat nové informace o spinu neutronu? Jako budoucí experiment vědci navrhli srážku svazku elektronů se svazkem iontů helia-3 s jádrem obsahujícím dva protony a jeden neutron. Speciální detekční oblast bude schopna zachytit měření dvou protonů z jádra helia-3 (tzv. proces double-tagging). Toto „dvojité značení“ dvou protonů z jádra helia-3 umožní plný přístup k informacím o jediné zbývající částici jádra helia-3, neutronu (poznámka PH: ne že by tedy z pohledu laika byl tento výklad zvlášť srozumitelný, respektive pouze ve zcela obecné rovině). V přírodě ani na stávajících urychlovačích se nic takového neděje, respektive nedá zrealizovat.
I. Friščić et al, Neutron spin structure from e-3He scattering with double spectator tagging at the electron-ion collider, Physics Letters B (2021). DOI: 10.1016/j.physletb.2021.136726
Zdroj: Brookhaven National Laboratory / Phys.org
