Sciencemag.cz
Doporučujeme
Zkratka Minerva znamená Main Injector Neutrino ExpeRiment to study v-A interactions – samozřejmě vedle toho, že jde o římskou obdobu řecké Athény. Jde o označení pro experiment ve Fermilabu (spadá pod Ministerstvo energetiky USA), který studuje rozptyly svazů neutrin na atomových jádrech. Nyní vědci tímto způsobem zkusili změřit velikost protonu.
V rámci projektu se obvykle připraví svazek neutrin o vysoké intenzitě a zkoumá se pak jejich interakce s atomovými jádry různých materiálů – vody, helia, uhlíku, železa, olova a plastu… Samozřejmě neutrina jsou krajně neochotná interagovat s čímkoliv dalším, proud neutrin musí být tedy intenzivní a i pak je jakákoliv interakce vzácná. Teď každopádně vědce provádějící tyto experimenty napadlo, že získaná data by se mohla využít i ke zkoumání struktury protonu.
Samozřejmě je otázkou, co vlastně „velikost protonu“ vůbec znamená, není to jako změřit něco pravítkem. Velikost charakterizují nejspíš síly, které proton drží pohromadě. V minulosti vědci zkoumali objem protonu pomocí elektromagnetické síly. Pro znázornění velikosti protonu v tomto pojetí obvykle používají průměrný poloměr elektrického náboje rozloženého v protonu. K měření této charakteristiky se zaměřují svazek elektronů se stejnou (obdobou) energií na cíl. Elektrony od protonů odlétají v mnoha různých směrech a s různými energiemi, což vědcům poskytuje informace o vnitřní struktuře protonů.
Pomocí této techniky se vědcům podařilo velmi přesně změřit velikost průměrného poloměru elektrického náboje protonu, a tedy cca prostorové rozložení kvarků, které elektrický náboj dodávají. Projekt MINERvA pod vedením Tejina Caie (v průběhu výzkumu doktoranda na Rochesterské univerzitě) zvolil jiný přístup. Jejím záměrem bylo využít antineutrina – antihmotové dvojče neutrin.
Protože neutrina (ani antineutrina) nemají elektrický náboj, nepůsobí na sebe elektromagnetickou silou. Místo toho ale (anti)neutrina interagují prostřednictvím slabé síly (vedle toho ještě gravitačně).
Slabá síla se však projevuje pouze tehdy, když se částice nacházejí velmi blízko sebe. Pokud neutrina letí vesmírem, obvykle se pohybují v (relativně) obrovském prostoru mezi elektrony a jádrem atomu. Většinu času se tedy neutrina prostě nenacházejí dostatečně blízko protonů, aby mohla interagovat prostřednictvím slabé síly. Aby vědci případně získali dostatečný počet měření, museli na cíl vystřelit obrovské množství neutrin (respektive antineutrin).
Během tří let pak autoři výzkumu zaznamenali více než milion interakcí antineutrin s jinými částicemi. Pouhých 5 000 z nich bylo s jádrem vodíku.
Tato data ale nakonec vědcům umožnila vypočítat velikost protonu. Místo poloměru elektrického náboje vypočítali poloměr slabého náboje protonu. Bylo to poprvé, kdy (anti)neutrina byla použita ke statisticky významnému měření této vlastnosti.
S ohledem na velké množství nejistot dával výsledek dobrý smysl – tj. byl velmi blízký předchozím měřením poloměru elektrického náboje protonu. Vzhledem k tomu, že se v podstatě jedná o měření prostorového rozložení kvarků a gluonů, které tvoří proton, hodnota získaná oběma metodami by měla být podobná.
Zdroj: US Department of Energy / Phys.org, přeloženo /zkráceno
Neměří se tím jen prostorové rozložení kvarků? Pokud vím, tak gluony neinteragují ani elektromagneticky ani slabě, takže s nimi ani elektrony ani (anti)neutrina nereagují.
pruvodni tiskova zprava pravi:
Considering uncertainties, the result was very close to the previous measurements of the proton’s electric charge radius. Since it is fundamentally measuring the spatial distribution of quarks and gluons that make up the proton, the value was expected to be similar.
ale kdo jsem ja, abych to dokazal posoudit…