Protoner kan være strekkere enn de burde være.
De subatomære partiklene er bygget av mindre partikler kalt kvarker, som er bundet sammen av en kraftig vekselvirkning kjent som den sterke kraften. Nye eksperimenter ser ut til å vise at kvarkene reagerer mer enn forventet på et elektrisk felt som trekker på demrapporterer fysiker Nikolaos Sparveris og kolleger 19. oktober i Natur. Resultatet tyder på at den sterke kraften ikke er fullt så sterk som teorien forutsier.
Det er et funn i strid med standardmodellen for partikkelfysikk, som beskriver partiklene og kreftene som sammen utgjør oss og alt rundt oss. Resultatet har noen fysikere stusset over hvordan de skal forklare det – eller om de til og med skal prøve.
“Det er absolutt forvirrende for fysikken til den sterke interaksjonen, hvis denne tingen vedvarer,” sier Sparveris, ved Temple University i Philadelphia.
Slike tøyninger har dukket opp i andre laboratoriers eksperimenter, men var ikke like overbevisende, sier Sparveris. Strekkheten som han og kollegene målte var mindre ekstrem enn i tidligere eksperimenter, men kom også med mindre eksperimentell usikkerhet. Det øker forskernes tillit til at protoner faktisk er mer tøyelige enn teorien sier at de burde være.
Ved Thomas Jefferson National Accelerator Facility i Newport News, Va., undersøkte teamet protoner ved å skyte elektroner mot et mål av ultrakaldt flytende hydrogen. Elektroner som sprer protoner i hydrogenet avslørte hvordan protonenes kvarker reagere på elektriske felt (SN: 13.09.22). Jo høyere elektronenergien var, jo dypere kunne forskerne se inn i protonene, og jo mer avslørte elektronene hvordan den sterke kraften virker inne i protonene.
For det meste beveget kvarkene seg som forventet når elektriske interaksjoner trakk partiklene i motsatte retninger. Men på et tidspunkt, da elektronenergien ble økt, virket det som om kvarkene responderte sterkere på et elektrisk felt enn teorien forutså de ville.
Men det skjedde bare for et lite spekter av elektronenergier, noe som førte til en bump i et plott av protonets strekning.
“Vanligvis er oppførselen til disse tingene ganske, la oss si, jevn og det er ingen støt,” sier fysiker Vladimir Pascalutsa ved Johannes Gutenberg University Mainz i Tyskland.
Pascalutsa sier at han ofte er ivrig etter å dykke ned i forvirrende problemer, men den merkelige strekkheten til protoner er for skisser til at han kan sette blyant på papir på dette tidspunktet. “Du må være veldig, veldig oppfinnsom for å komme opp med et helt rammeverk som på en eller annen måte gir deg en ny effekt” for å forklare støtet, sier han. “Jeg vil ikke drepe buzzen, men ja, jeg er ganske skeptisk som teoretiker til at denne tingen kommer til å forbli.”
Det vil kreve flere eksperimenter for å få teoretikere som ham begeistret for uvanlig tøyelige protoner, sier Pascalutsa. Han kunne få ønsket sitt hvis Sparveris’ håp blir oppfylt om å prøve eksperimentet på nytt med positroner, antimaterieversjonen av elektroner, spredt fra protoner i stedet.
En helt annen type eksperiment kan gjøre elastiske protoner mer overbevisende, sier Pascalutsa. En kommende studie fra Paul Scherrer Institute i Villigen, Sveits, kan gjøre susen. Den vil bruke hydrogenatomer som har myoner i stedet for elektronene som vanligvis går i bane rundt atomkjernene. Myoner er omtrent 200 ganger så tunge som elektroner, og kretser mye nærmere kjernen til et atom enn elektroner. en nærmere titt på protonet inne (SN: 10/5/17). Eksperimentet ville innebære å stimulere det “muoniske hydrogenet” med lasere i stedet for å spre andre elektroner eller positroner fra dem.
“Presisjonen i de muoniske hydrogeneksperimentene vil være mye høyere enn hva som kan oppnås i spredningseksperimenter,” sier Pascalutsa. Hvis tøyningen dukker opp der også, “da ville jeg begynt å se på dette med en gang.”