A fizikusoknak most sikerült először létrehozniuk egy olyan egységes modellt, amely leírja a kvarkokból és gluonokból álló atommagot. A protonok és neutronok, amelyek az atommagok alapvető építőkövei, kvarkokból épülnek fel, és gluonok tartják őket egyben. A kutatások a területen ugyan már évtizedek óta folytak, de a korábbi modellek nem tudták maradéktalanul megmagyarázni a kísérleti eredményeket sem alacsony, sem magas energiák mellett. A mostani eredmény, amelyet a Physical Review Letters folyóiratban publikáltak, tehát ezt a problémát oldja meg – írja a sajtóközlemény.

A protonokat és neutronokat közel egy évszázada fedezték fel, és kezdetben úgy hitték, hogy oszthatatlan részecskék – ahogy eleinte az atomot is annak gondolták: innen is a név, ami a görög “oszthatatlan” szóból ered. Az 1960-as években a tudósok felvetették, hogy amint az atom is kisebb részecskékből áll, talán ez igaz a protonokra és a neutronokra is. Ez utóbbiak eszerint mégkisebb, kvarkoknak nevezett komponensekből állnak, amelyeket gluonok tartanak össze. Bár később a kvarkok létezését kísérletileg is igazolták, a viselkedésük és az alacsony energiájú nukleáris kísérletek eredményeinek az összekapcsolása továbbra is megoldatlan maradt.

Ezt az évtizedek óta fennálló problémát oldotta meg most az nCTEQ nemzetközi együttműködés. Mint azt dr. Aleksander Kusina, a projekt egyik vezetője elmondta:

“A kutatásunk során sikerült egyesíteni két, eddig különálló atommag-modellt.”

Alacsony energiánál ugyanis az atommagok úgy viselkednek, mintha csak protonokból és neutronokból állnának. Magas energiánál viszont a a kvarkok és gluonok láthatóvá válnak. Ami eddig tehát nem sikerült, az ezen két kép összeegyeztetése.

Az áttörést a nagyenergiájú ütközések adatainak felhasználása hozta meg, ideértve a CERN LHC-gyorsítójának mérési adatait is, amelyeket a kvarkok és gluonok eloszlásának tanulmányozására használtak fel. Ezeket az eloszlásokat parton eloszlási függvényeknek (PDF-eknek) hívják, és ezek azt mutatják meg, hogyan oszlanak el a kvarkok és gluonok az atommagokon belüli nukleonokban (tehát a protonokban és a neutronokban). A mostani kutatás újdonságát az adja, hogy a PDF-modellek immár figyelembeveszik a nukleonpárokat is, amely jelenség az alacsony energiájú nukleáris modellekben fontos szerepet játszik.

Ennek segítségével sikerült tehát 18 különböző atommag parton szerkezetét leírni a nukleonpárok közötti kölcsönhatásokkal együtt. Az eredmények különösen látványosak voltak a nehéz atommagok, mint például az arany és az ólom esetében. Ez az egységes modell nemcsak az alacsony és magas energiájú nukleáris viselkedést magyarázza meg, hanem új utakat is nyit az atommagok alapvető szerkezetének kutatásában.

(Kép: az atommag tulajdonságainak leírásához most először használtak kvarkokat és gluonokat, és a protonokból vagy neutronokból álló, egymással összefüggő (korrelált) részecskepárokat lila színnel emelték ki, forrás: IFJ PAN)