การทดลองครั้งใหญ่เผยให้เห็นโครงสร้างภายในของนิวตรอนเป็นครั้งแรก

การทดลองที่ใช้เวลานานกว่า 10 ปีในการผลิตได้เผยให้เห็นแวบแรกของพายุเฮอริเคนของอนุภาคที่หมุนวนอยู่ภายในอนุภาคย่อยของอะตอมที่เรียกว่านิวตรอน ซึ่งเป็นการวางรากฐานในการไขปริศนาที่อยู่ลึกลงไปในใจกลางของสสาร

ข้อมูลจากเครื่องตรวจจับนิวตรอนส่วนกลางที่ศูนย์เร่งความเร็วแห่งชาติโธมัส เจฟเฟอร์สัน (TJNAF) กระทรวงพลังงานของสหรัฐฯ กำลังมีบทบาทในการอธิบายแผนที่ควอนตัมของเครื่องยนต์นิวตรอนอยู่แล้ว

"มันเป็นผลลัพธ์ที่สำคัญมากสำหรับการศึกษานิวคลีออน"พูดว่าSilvia Niccolai ผู้อำนวยการฝ่ายวิจัยของศูนย์วิจัยวิทยาศาสตร์แห่งชาติฝรั่งเศส

สิ่งที่เราถือว่าเป็นนิวเคลียสของอะตอมก็คือรังของอนุภาคที่มีขนาดเล็กกว่าที่เรียกว่าควาร์กซึ่งกำลังดิ้นรนต่อสู้กับการแลกเปลี่ยนกลูออนที่เหนียวเหนอะหนะ เมื่อใดก็ตามที่ควาร์กสองตัวที่มีรสชาติเรียกว่า 'ขึ้น' เชื่อมโยงกับรสชาติที่เรียกว่า 'ลง' คุณจะพบโปรตอน ทำให้เป็นดาวน์ควาร์ก 2 ตัวและขึ้น 1 ตัว คุณจะมีนิวตรอน

การอธิบายควาร์กทรีโอในลักษณะนี้ทำให้ฟังดูเป็นระเบียบราวกับไข่ในกล่อง ความจริงแล้ว การดำรงอยู่ของพวกมันนั้นไม่มีอะไรนอกจากการจัดวางอย่างสะดวก โดยมีพายุอนุภาคและปฏิภาคที่วุ่นวายวุ่นวายที่มีอยู่และไม่มีอยู่ในการแข่งขันควอนตัม

เพื่อเข้าใจการกระจายตัวและการเคลื่อนที่ของฝูงควาร์กในห่วงกลูออน นักฟิสิกส์มักยิงอนุภาคนิวเคลียร์ด้วยอิเล็กตรอน และสังเกตว่ากระสุนเล็กๆ แฉลบอย่างไร เพื่อให้อธิบายผลลัพธ์ของการทดลองเหล่านี้ได้ง่ายขึ้น นักทฤษฎีจึงอ้างถึงหน่วยของควาร์กและกลูออนที่ทำงานภายใต้กรอบควอนตัมที่แตกต่างกันดังนี้ออกไปกันเถอะ-

ในช่วงไม่กี่ทศวรรษที่ผ่านมา การทดลองเครื่องเร่งอนุภาคพลังงานสูงโดยใช้ CEBAF Large Acceptance Spectrometer และการอัปเกรดที่ TJNAF ได้-ซึ่งรวมถึงความคลาดเคลื่อนที่น่าสับสนระหว่างมวลและขนาดของนิวคลีออน

นิวตรอนเป็นถั่วที่แตกยากกว่า โดยจะปล่อยกระสุนอิเล็กตรอนออกมาในมุมที่เกินกว่าที่เครื่องตรวจจับของสเปกโตรมิเตอร์จะเอื้อมถึง

"ในรูปแบบมาตรฐาน ไม่สามารถตรวจจับนิวตรอนได้ในมุมเหล่านี้"พูดว่านิโคไล.

ในปี 2554 การก่อสร้างเครื่องตรวจจับใหม่ได้เริ่มต้นขึ้นโดยความร่วมมือกับ CNRS ซึ่งในที่สุดก็ได้รับการติดตั้งในปี 2560 ก่อนที่จะดำเนินการทดลองเบื้องต้นในปี 2562 และ 2563

การออกแบบการทดลองนั้นห่างไกลจากความราบรื่น แต่การออกแบบการทดลองทำให้โปรตอนแอบเข้าไปและปนเปื้อนผลลัพธ์ได้เป็นครั้งคราว หลังจากที่ทำความสะอาดตัวกรองการเรียนรู้ด้วยเครื่องที่ออกแบบตามวัตถุประสงค์แล้วเท่านั้น ในที่สุดตัวเลขต่างๆ ก็จะถูกนำไปใช้กับแบบจำลองทางทฤษฎีเกี่ยวกับกิจกรรมของนิวตรอน

การศึกษาครั้งแรกเพื่อใช้ประโยชน์จากข้อมูลได้วางข้อจำกัดที่จำเป็นมากกับการกระจายตัวของพาร์ตอนในนิวตรอนที่เข้าใจน้อยที่สุดอย่างหนึ่งที่เรียกว่าการกระจายพาร์ตอนทั่วไป (GPD) E

จากการเปรียบเทียบผลการทดลองกับข้อมูลก่อนหน้าเกี่ยวกับโปรตอน นักวิจัยได้ใช้ความแตกต่างของควาร์กเพื่อแยกแยะคุณลักษณะทางคณิตศาสตร์ที่สำคัญของ GPD E จากแบบจำลองที่คล้ายกัน

"GPD E มีความสำคัญมากเพราะสามารถให้ข้อมูลแก่เราเกี่ยวกับโครงสร้างการหมุนของนิวคลีออนได้"พูดว่านิโคไล.

การหมุนในความรู้สึกควอนตัมห่อหุ้มคุณภาพที่คล้ายคลึงกันโมเมนตัมเชิงมุมในโลกทุกวันของเรา การวัดการหมุนของควาร์กที่ประกอบเป็นโปรตอนและนิวตรอนก่อนหน้านี้ พบว่าคุณลักษณะเหล่านี้มีส่วนไม่เกินประมาณ 30 เปอร์เซ็นต์ของการหมุนรอบนิวคลีออนทั้งหมด ซึ่งนำไปสู่สิ่งที่เรียกว่าวิกฤตการหมุน-

เพียงว่าเศษส่วนที่เหลือมาจากไหนไม่ว่าจะมาจากไหนปฏิสัมพันธ์กับกลูออนหรือพฤติกรรมอื่นๆ ที่ไม่ค่อยมีใครเข้าใจ เป็นคำถามที่การทดลองในอนาคตสามารถแก้ไขได้ในที่สุด

การมีเครื่องมือในการเปรียบเทียบเครื่องยนต์แฝดที่กำลังลุกไหม้อยู่ในใจกลางของอะตอมอย่างแม่นยำ เกือบจะแน่นอนว่าจะนำไปสู่ข้อมูลเชิงลึกใหม่ๆ ที่น่าสนใจเกี่ยวกับกลศาสตร์ควอนตัมได้

งานวิจัยนี้ตีพิมพ์ในจดหมายทบทวนทางกายภาพ-