Кварки вместе с глюонами — фундаментальные строительные элементы Вселенной. Эти субатомные частицы, самые маленькие из известных, намного меньше и действуют на гораздо более высоком энергетическом уровне, чем протоны и нейтроны, в состав которых входят. По этой причине поначалу физики предполагали, что кварки должны быть безразличны к свойствам протонов и нейтронов, как и всего атома, в котором находятся.
Но в 1983 году ученые из ЦЕРНа впервые наблюдали то, что позже получило название «эффекта EMC»: в ядре атома железа, содержащего много протонов и нейтронов, кварки двигались значительно медленнее, чем в дейтерии, у которого один протон и нейтрон. С тех пор физики неоднократно подтверждали: чем больше ядро атома, тем медленнее движутся в нем кварки, пишет MIT News.
«Люди ломали голову в течение 35 лет, пытаясь понять, почему так происходит», — говорит профессор MIT Ор Хен, один из руководителей международной команды физиков, разгадавших загадку эффекта EMC.
Они обнаружили, что скорость кварков зависит от числа протонов и нейтронов, образующих короткие коррелированные пары в ядрах атомов. Чем больше таких пар в ядре, тем медленнее двигаются кварки в протонах и нейтронах атома.
По словам ученых, протоны и нейтроны в атомах могут образовывать пары постоянно, но на краткий срок, а потом снова отправляются каждый своей дорогой. Во время этого краткого и высокоэнергетического взаимодействия у кварков появляется больше пространства. По законам квантовой механики, повышение объема, в котором заключен объект замедляет его. Поскольку у атомов с более крупным ядром больше протонов и нейтронов, они чаще образуют пары или короткомасштабные корреляции. Поэтому чем больше атом, тем больше в нем пар и тем медленнее движутся кварки.
Благодаря этому открытию ученые смогут объяснить небольшие, но важные различия в поведении кварков, а значит — получат возможность лучше разобраться в том, как устроена вся видимая материя Вселенной.
Еще одну загадку физики-теоретики раскрыли в прошлом году. Речь идет о взаимодействия электронов в так называемых дираковских материалах, к которым относится, например, графен. Это открытие в поведении электронов поможет создавать устройства, способные к быстрому переключению при низкой утечке энергии.
