Ученые Томского политехнического университета совместно с коллегами из Института ядерной физики СО РАН имени Будкера проводят исследование взаимодействия нуклонов — частиц, из которых состоит атомное ядро. Задача ученых — объяснить природу сил, удерживающих их вместе. Предварительные результаты в области, где нуклоны взаимодействуют на близком расстоянии, говорят о том, что разница между теоретическими предсказаниями и экспериментальными данными достигает 250 процентов. Возможно, это свидетельствует о серьезном недостатке нашего понимания механизмов взаимодействия нуклонов.
Исследование поддержано федеральной программой «Приоритет 2030» и национальным проектом «Наука и университеты». Нуклоны — частицы, из которых состоит атомное ядро (протоны и нейтроны). Между нуклонами действуют силы, удерживающие их в непосредственной близости друг от друга, в результате чего и образуется само ядро атома. По словам ученых, несмотря на почти вековую историю развития ядерной физики, до сих пор не удалось построить согласованную теорию, описывающую взаимодействие между нуклонами в различных пространственных областях.
«Мы хотим понять, как взаимодействуют нуклоны в той области, в которой классические модели ядерного взаимодействия перестают работать. Нуклоны сами по себе не являются истинно элементарными частицами. Они состоят из кварков. Именно сильное взаимодействие между кварками является источником ядерного взаимодействия между нуклонами. Объяснить это явление можно было бы на основе решения уравнений квантовой хромодинамики.
Однако такая задача обладает исключительной математической сложностью. Поэтому существующие модели, описывающие взаимодействие между нуклонами, используют параметры, подгоняемые к результатам эксперимента. Такой подход нельзя назвать глубоким, его предсказательные возможности, как правило, сильно ограничены», — объясняет профессор Исследовательской школы физики высокоэнергетических процессор ТПУ Александр Фикс.
В ходе исследования ученые решили проанализировать, насколько сегодняшние представления о взаимодействии между нуклонами на малых расстояниях согласуются с реальностью. Для этого они использовали экспериментальные данные, полученные на установке «ДЕЙТРОН»: исследователи сталкивали электроны высоких энергий с ядрами тяжелого водорода — дейтерия — и анализировали угловые и энергетические распределения образующихся частиц. Эксперимент длился более полугода. За это время с учетом онлайн-обработки данных было накоплено более 100 миллионов событий.
«Такие измерения технически довольно сложны, но уникальность информации, которую они дают, все окупает. Сейчас мы обрабатываем полученные данные, сравниваем их с теоретическими результатами, делать выводы пока рано. Однако некоторые результаты удивляют уже сейчас. Так, например, было обнаружено, что в области, где нуклоны взаимодействуют на близком расстоянии, разница между теоретическими предсказаниями и экспериментальными данными достигает 250 процентов.
Возможно, это свидетельствует о каком-то серьезном недостатке нашего понимания механизмов взаимодействия нуклонов в этой области. Результаты экспериментов, над которыми мы работаем, могут стать еще одним источником знаний о материальном мире», — добавляет Александр Фикс. В будущем ученые планируют скорректировать параметры эксперимента, провести сравнительный анализ полученных данных с теоретическими результатами, в том числе разных научных групп.