Мир, в котором мы живем, мы знаем достаточно хорошо — по крайней мере, лучше, чем наши предки сто лет назад. Однако по-прежнему остается много белых пятен. Например, из школьного курса физики мы знаем, что материальный мир состоит из молекул, молекулы — из атомов, у атомов есть ядро. Ядро, в свою очередь, состоит из нуклонов — протонов и нейтронов. Какие силы заставляют нуклоны держаться вместе?
Ядерная физика, которая изучает атомы, существует и развивается уже почти сто лет. При этом ученые до сих пор не сошлись во мнении о взаимодействии между нуклонами в разных пространственных областях. Ученые Томского политехнического университета вместе с коллегами из Института ядерной физики имени Будкера Сибирского отделения Российской академии наук решили восполнить этот пробел и объяснить природу сил, удерживающих нуклоны вместе.
«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 ТПУ Александр Фикс.
Ученые анализируют, насколько нынешние 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 продлился 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 %. 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.