معمای طولانیمدت در پراکندگی الکترونی با اندازهگیری جدید عمیقتر میشود
توسط دانشگاه جوهانس گوته ماینز
چرا سرب در مواجهه با الکترونها رفتار متفاوتی نسبت به تمام هستههای اتمی دیگر دارد؟ تیمی از فیزیکدانان دانشگاه جوهانس گوته ماینز (JGU) گامی مهم برای پاسخ به این سؤال برداشتند، اما کشف کردند که راز این پدیده عمیقتر از آنچه پیش از این تصور میشد است. نتایج در مجله Physical Review Letters منتشر شد.
الکترونها معمولاً از هستههای اتمی به گونهای پراکندگی میشوند که میتوان با دقت چشمگیری پیشبینی کرد. یکی از ویژگیهای بهخوبی آزمودهشده این است که معکوس کردن اسپین الکترونهای ورودی باید الگوی پراکندگی را بهصورت جزئی تغییر دهد؛ این اثر ناشی از تبادل دو «فوتون مجازی» بین الکترون و هسته است.
برای اکثر هستهها، نظریه دقیقاً پیشبینی میکند که این اثر ریز چه اندازهای باید باشد و دههها آزمایش این پیشبینیها را تأیید کردهاند. اما سرب همیشه مورد توجه بوده است. اندازهگیریهای قبلی که در مرکز شتابدهنده ملی توماس جفرسون وزارت انرژی ایالات متحده انجام شد، نشان داد که برای سرب، این اثر وابسته به اسپین بهطور کامل ناپدید میشود؛ نتیجهای که هیچ نظریهای موجود نمیتوانست توضیح دهد.
آزمایش در میکروترون ماینز
در یک آزمایش جدید که با طیفسنجهای با دقت بالا A1 در میکروترون ماینز (MAMI) انجام شد، تیم JGU همان فرایند را با انرژی پرتو و زاویه پراکندگی متفاوت اندازهگیری کرد. این بار، اثر بهوضوح مشهود و بهطور شگفتانگیزی بزرگ بود. بهجای رفع ناهماهنگی قبلی، اندازهگیری جدید آن را تشدید کرد: رفتار هستهٔ سرب بهطور چشمگیری با انرژی تغییر میکند بهگونهای که نظریهٔ فعلی قادر به توصیف آن نیست.
«این نتیجه تأیید میکند که معما واقعی است»، میگوید پروفسور دکتر کونچتینا سفینتی که سرپرست پروژه است. «این به این معناست که فیزیک ناشناختهای در نحوهٔ بررسی الکترونها توسط هستههای سنگین وجود دارد و برای درک آن به ایدههای نظری جدید نیاز داریم.»
این کار در چارچوب مرکز تحقیقاتی مشترک (CRC) 1660 با عنوان «هدرونها و هستهها به عنوان ابزارهای کشف» انجام شد. هدف اصلی CRC 1660 استفاده از آزمایشهای دقیق برای کشف اثرات ظریف در ساختار هستهای است که میتواند پنجرههای تازهای به مدل استاندارد ذرات باز کند. رفتار ناخواستهٔ سرب اکنون بهعنوان یکی از جذابترین موارد CRC مطرح میشود؛ نمونهای بارز از اینکه چگونه اندازهگیریهای با دقت بالا میتوانند خلاهایی حتی در نظریههای مستحکم را آشکار سازند.
دلالتهای مهم برای آزمایشهای آینده در MESA
نتایج همچنین دلالتهای قوی برای آزمایش آینده P2 در شتابدهنده جدید MESA دارند که در حال حاضر در دانشگاه ماینز به عنوان بخشی از خوشهٔ برتری PRISMA++ ساخته میشود. در MESA، پژوهشگران اثرات بسیار کوچک در پراکندگی الکترون را برای آزمایش مدل استاندارد با دقت بیسابقه اندازهگیری خواهند کرد. درک نقش تبادل دو فوتون در هستههای سنگین — مانند رفتار شگفتانگیز مشاهدهشده در سرب — برای دستیابی به دقت مورد نیاز در P2 ضروری است.
«با این نتیجهٔ جدید از MAMI، ما درک واضحتری از آنچه باید قبل از ارتقای سطح دقت در MESA درک کنیم، به دست میآوریم»، سفینتی توضیح میدهد. «چه چیزی امروز اندازهگیری میکنیم مستقیماً مسیر فیزیک با دقت بالا برای فردا را شکل میدهد.»
اطلاعات بیشتر: A. Esser و همکاران، ناهمسانی تک‑چرخش نرمال پرتو در 208Pb در انرژی کم: رفع اختلاف یا معمای جدید حرکتی؟، Physical Review Letters (2025). DOI: 10.1103/fd61-xxk6
اطلاعات مجله: Physical Review Letters
ارائهشده توسط دانشگاه جوهانس گوته ماینز