Neutronen überraschen Physiker-Schwingungen elektromagnetischer Merkmale passen nicht zu theoretischen Modellen

Mysteriöse Schwingungen: Physiker haben die Eigenschaften von Neutronen neu vermessen – und erstaunliche Dinge beobachtet. Denn der elektromagnetische Formfaktor der Kernkomponente ändert sich mit steigender Energie nicht gleichmäßig, sondern zyklisch. Diese Schwingung, die bereits bei Protonen beobachtet wurde, lässt sich theoretisch noch nicht erklären, wie das Team in „Nature Physics“ erklärt. Es zeigt jedoch eine dynamischere und komplexere innere Struktur von Neutronen als erwartet.

Protonen und Neutronen, die jeweils aus drei Quarks bestehen, sind die Grundbausteine ​​der Materie und bilden zusammen den Kern. Aber trotz dieser fundamentalen Bedeutung werfen die Kernkomponenten immer noch ein Rätsel auf. Auch bei grundlegenden Merkmalen wie Lebensdauer, Größe und innerer Struktur herrscht große Unsicherheit. Außerdem beobachten Physiker immer wieder Phänomene, die nicht mit dem theoretischen Modell übereinstimmen.

Geheimnis des Formfaktors

BESIII-Kollaborationsphysiker haben neue Erkenntnisse über die Eigenschaften von Neutronen gewonnen. Ziel des Experiments war es, den sogenannten elektromagnetischen Formfaktor von Neutronen genauer zu bestimmen. Sie beschreiben die durchschnittliche Ladungs- und Magnetisierungsverteilung innerhalb von Neutronen und geben damit Hinweise auf das Verhalten und die Anordnung der drei Quarks, die durch ihre internen Gluonen verbunden sind.

„Ein einzelner Formfaktor, gemessen bei einer bestimmten Energie, macht zunächst wenig Sinn“, erklärt Frank Maas vom Helmholtz-Institut Mainz (HIM). „Die Kenntnis der Formfaktoren bei verschiedenen Energien reicht aus, um Rückschlüsse auf die Struktur von Neutronen zu ziehen.“ Das hat das Team in einem Extinktionsexperiment gemacht, da es nur wenige Messungen im Energiebereich von 2 bis 3,8 Gigaelektronenvolt gab, ich habe die Lücke gefüllt. ..

Physiker haben dazu am Teilchenbeschleuniger BES III in China die Eigenschaften von Neutronen und Antineutronen untersucht, die beim Aufeinanderprallen von Elektronen und Positronen entstehen. „Im übertragenen Sinne haben wir die leeren Bereiche der Neutronenformfaktorkarte mit neuen Daten gefüllt“, sagt Mars.

Vibration widerspricht dem Modell

Die Analyse lieferte einige neue Erkenntnisse. Eine davon: Der Neutronenformfaktor erzeugt je nach Energie keine glatten Linien, sondern weist ein Schwingungsmuster auf. Mit zunehmender Energie wird die Auslenkung immer kleiner. Wie Physiker erklären, stellt dieses erstaunliche Verhalten eine deutliche Abweichung vom erwarteten Verhalten dar. Allerdings wurden solche Schwingungen neuerdings auch bei Protonen beobachtet.

„Wir beobachten derzeit das entsprechende Verhalten von Neutronen bei ähnlichen Frequenzen, aber mit großer Phasenverschiebung“, schreiben die Wissenschaftler. „Diese Ergebnisse legen nahe, dass die Eigendynamik der Nukleonen, die für diese nahezu orthogonalen Schwingungen verantwortlich sind, noch nicht verstanden ist.“ Mit anderen Worten, die Kernkomponenten, die das aktuelle Modell noch nicht erfasst hat.

„Nun werden unsere Kollegen theoretisch gebeten, ein Modell dieses anomalen Verhaltens zu entwickeln“, sagt Mars.

Die vorherige Abweichung wurde widerlegt

Die neuen Messungen zeigen aber auch, dass die bei den vorherigen Messungen gefundenen Abweichungen am Ende scheinbar nicht zu bestehen scheinen. Forscher haben gezeigt, dass Neutronen stärker an virtuelle Photonen binden als Protonen. Daher sollten Neutronen durchweg größere Scherrer-Gleichungen aufweisen als Protonen. Aber das widerspricht der Grundtheorie. „Die Protonen sind geladen, also erwarten wir, dass sie umgekehrt sind“, sagt Mars.

Die Daten aus dem BESIII-Experiment widerlegen die bisherigen Ergebnisse. „Unsere Ergebnisse zeigen, dass die Photon-Neutron-Wechselwirkungen stärker sind als die entsprechenden Photon-Neutron-Wechselwirkungen, wie von den meisten theoretischen Modellen vorhergesagt“, schreibt das Team. „Dies enthüllt das Geheimnis dieser Interaktion vor über 20 Jahren.“

Auch wichtig für die Astrophysik

Daher werden die neuen Messdaten dazu beitragen, zumindest einige Rätsel um die Komponenten dieser Probleme zu lösen. Auch wenn viele grundlegende Eigenschaften von Neutronen und Protonen noch nicht vollständig verstanden sind, bieten sie zumindest einen neuen Ansatzpunkt für die Untersuchung von Kernbausteinen und deren Verhalten.

Diese Entdeckungen sind nicht nur für die Teilchenphysik und die Materialforschung von Nutzen, sondern können auch neue Einblicke in die Astrophysik liefern. Neutronenstern. Diese extreme Physik ist sehr faszinierend“, sagt Mars. (Naturphysik, 2021; doi: 10.1038 / s41567-021-01345-6)

Quelle: Universität Mainz

Recent Articles

spot_img

Related Stories

Kommentieren Sie den Artikel

Bitte geben Sie Ihren Kommentar ein!
Bitte geben Sie hier Ihren Namen ein

Stay on op - Ge the daily news in your inbox