Τα παράξενα κουάρκ μπορεί να συμμετέχουν στη δομή του πρωτονίου

Πηγή: PhysicsWeb, 20 Ιουνίου 2005

Πυρηνικοί φυσικοί έχουν βρει αποδεικτικά στοιχεία ότι τα παράξενα κουάρκ μπορούν να συμμετέχουν στη δομή του πρωτονίου. Τα πιο πρόσφατα δεδομένα από το πείραμα G-Zero στον Εθνικό Επιταχυντή Thomas Jefferson (JLAB) στις ΗΠΑ δίνουν πρόσθετη υποστήριξη σε αποτελέσματα που ήρθαν από το πείραμα HAPPEx - που έγινε επίσης στο JLAB - και από άλλα πειράματα στις ΗΠΑ και τη Γερμανία. Τα αποτελέσματα αυτά θα μπορούσαν να ρίξουν περισσότερο φως στην ισχυρή αλληλεπίδραση που δεσμεύει τα κουάρκ μαζί στα πρωτόνια, τα νετρόνια και άλλα σωματίδια.

Τα κουάρκ συναντώνται σε έξι διαφορετικές γεύσεις -- πάνω (up), κάτω (down), παράξενο (strange), γοητευτικό (charm), πυθμένιο (bottom) και κορυφαίο (top). Ένα πρωτόνιο για παράδειγμα περιέχει δύο πάνω και ένα κάτω κουάρκ, που συγκρατούνται μαζί με τη βοήθεια των γκλουονίων, αλλά περιστασιακά αυτά τα γκλουόνια μπορούν να μεταλλάσσονται σε ένα ζεύγος κουάρκ και το αντικουάρκ του. Αν και αυτά τα εικονικά κουάρκ υπάρχουν μόνο για πολύ μικρό χρόνο, μπορούν να έχουν επιπτώσεις στις ιδιότητες του πρωτονίου, όπως η μαγνητική ορμή του. Επειδή το παράξενο κουάρκ είναι λίγο βαρύτερο από το πάνω και κάτω κουάρκ, είναι το πιο πιθανό να έχει μια μετρήσιμη επίδραση.

Ένας τρόπος να παρατηρηθεί η επίδραση των παράξενων κουάρκ στο πρωτόνιο είναι να γίνει σύγκριση των μετρήσεων που ερευνούν την ασθενή αλληλεπίδραση με αυτές που ερευνούν της ηλεκτρομαγνητική δύναμη. Στο πείραμα G-Zero, μια ακτίνα ηλεκτρονίων υψηλής ενέργειας πυροδοτήθηκε πάνω σε έναν στόχο υδρογόνου. Η ακτίνα ήταν έτσι πολωμένη ώστε τα σπιν των ηλεκτρονίων είτε είχαν την ίδια κατεύθυνση με την ακτίνα είτε την αντίθετη κατεύθυνση. Η ομάδα μέτρησε έπειτα το ρυθμό με τον οποίο αυτά τα ηλεκτρόνια σκεδάστηκαν από τα πρωτόνια του στόχου.

Η διαφορά για τις δύο πολώσεις των ακτίνων ήταν περίπου 10 μέρη ανά εκατομμύριο. Αυτή η ασυμμετρία εμφανίζεται επειδή η ηλεκτρομαγνητική δύναμη διατηρεί την parity (δηλαδή δεν αλλάζει όταν αντιστρέφονται και οι τρεις κατευθύνσεις στο χώρο), ενώ η ασθενής δύναμη όχι. 

Σύμφωνα με την ομάδα G-Zero -- που περιλαμβάνει φυσικούς από την Αρμενία, τον Καναδά, τη Γαλλία και τις ΗΠΑ -- αυτή η διαφορά υπονοεί ότι τα παράξενα κουάρκ πρέπει να συμμετέχουν στη μαγνητική ορμή και στην κατανομή του φορτίου του πρωτονίου. Τα αποτελέσματα συμφωνούν με αυτά που έγιναν πρόσφατα και σε άλλα πειράματα (το HAPPEx, το SAMPLE  στο MIT και το πείραμα A4 στο Μάιντς στη Γερμανία.