Объяснено разное поведение протонов и нейтронов в ядрах разных элементов

Вначале немного контекста. В 1983 году европейские физики начали изучать внутреннюю структуру ядер двух очень разных элементов, тяжелого водорода и железа, бомбардируя их пучками мюонов при помощи ускорителя SPS. Существовавшие в то время теоретические и эмпирические представления о том, как распределены протоны и нейтроны в ядре атома, предсказывали, что мюоны будут абсолютно одинаково взаимодействовать с этими частицами. Оказалось, что мюонные пучки рассеиваются совершенно по-разному. «Железные» нуклоны взаимодействовали с ними явно реже, чем «дейтериевые». Для более тяжелых элементов, таких как свинец или золото, данная аномалия, получившая имя "EMC-эффект", оказалась еще более очевидной. Ученые смогли объяснить причины, воспользовавшись данными, которые собирали участники проекта CLAS, наблюдавшие за тем, как электроны высоких энергий "выбивали" одиночные протоны и нейтроны из атомов дейтерия, углерода-12 и свинца. Сравнив последствия столкновений электронов с тяжелыми ядрами свинца и легким алюминием, железом и углеродом, авторы выяснили, что внутри них существует две условные группы протонов и нейтронов с заметно разными свойствами. В первую из них входят "классические" частицы, ведущие себя одинаково и внутри атомов, и во "внешнем пространстве". Они доминируют внутри ядра и их число остается всегда примерно одинаковым. EMC-эффект, в свою очередь, возникает из-за того, что некоторые протоны и нейтроны иногда "склеиваются" и превращаются в структуры, которые физики назвали SRC-парами. Они содержат в себе не три, а шесть кварков, движущихся внутри подобной "временной частицы" совсем не так, как по протонам или нейтронам. Частота появления подобных структур, как показали участники CLAS, зависит от двух параметров – массы ядра и "избытка" нейтронов по отношению к протонам. Чем больше оба параметра, тем чаще появляются SRC-пары и тем сильнее они влияют на то, как электроны, мюоны и другие частицы взаимодействуют с кварками внутри нуклонов. Ознакомиться с подробностями можно в статье, опубликованной в Nature.