p Uma cuidadosa re-análise de dados obtidos no Thomas Jefferson National Accelerator Facility do Departamento de Energia revelou uma possível ligação entre prótons e nêutrons correlacionados no núcleo e um mistério de 35 anos. Os dados levaram à extração de uma função universal que descreve o Efeito EMC, a descoberta chocante de que quarks dentro dos núcleos têm momentos médios mais baixos do que o previsto, e dá suporte a uma explicação para o efeito. O estudo foi publicado na revista Natureza . p O efeito EMC foi descoberto há pouco mais de 35 anos pela European Muon Collaboration em dados coletados no CERN. A colaboração descobriu que quando eles mediram quarks dentro de um núcleo, eles pareciam diferentes daqueles encontrados em prótons e nêutrons livres.

p "Atualmente, existem dois modelos principais que descrevem esse efeito. Um modelo é que todos os prótons e nêutrons em um núcleo [e, portanto, seus quarks] são modificados e todos são modificados da mesma maneira, "diz Douglas Higinbotham, um cientista da equipe do Jefferson Lab.

p "O outro modelo, que é o que focamos neste artigo, é diferente. Diz que muitos prótons e nêutrons estão se comportando como se estivessem livres, enquanto outros estão envolvidos em correlações de curto alcance e são altamente modificados, " ele explica.

p Correlações de curto alcance são parcerias fugazes formadas entre prótons e nêutrons dentro do núcleo. Quando um próton e um nêutron formam pares em uma correlação, suas estruturas se sobrepõem brevemente. A sobreposição dura apenas alguns momentos antes de as partículas se separarem.

p A função de modificação universal foi desenvolvida a partir de uma cuidadosa reanálise de dados de um experimento conduzido em 2004 usando o Continuous Electron Beam Accelerator Facility do Jefferson Lab, um DOE Office of Science User Facility. O CEBAF produziu um feixe de elétrons de 5.01 GeV para sondar núcleos de carbono, alumínio, ferro e chumbo em comparação com o deutério (um isótopo do hidrogênio contendo um próton e um nêutron em seu núcleo).

p Quando os autores compararam os dados de cada um desses núcleos com o deutério, eles viram o mesmo padrão emergir. Os físicos nucleares derivaram dessas informações uma função de modificação universal para correlações de curto alcance em núcleos. Eles então aplicaram a função aos núcleos usados ​​nas medições do Efeito EMC, e eles descobriram que era o mesmo em todos os núcleos medidos que consideraram.

p "Agora temos esta função, onde temos pares correlacionados nêutron-próton de curto alcance, e acreditamos que pode descrever o Efeito EMC, "diz Barak Schmookler, um ex-aluno de pós-graduação do MIT e agora cientista de pós-doutorado da Stony Brook University que liderou este esforço de pesquisa e é o autor principal do artigo.

p Ele diz que ele e seus colegas acham que o que está acontecendo é que cerca de 20 por cento dos núcleos nos pares correlacionados de um núcleo a qualquer momento têm um efeito de tamanho desproporcional nas medições do Efeito EMC.

p "Achamos que quando prótons e nêutrons dentro do núcleo se sobrepõem no que chamamos de pares correlacionados de curto alcance, os quarks têm mais espaço de manobra, e portanto, movem-se mais lentamente do que em um próton ou nêutron livre, " ele explica.

p "A imagem anterior a este modelo é que todos os prótons e nêutrons, quando eles estão presos em um núcleo, todos os quarks começam a ficar mais lentos. E o que este modelo sugere é que a maioria dos prótons e nêutrons continuam como se nada tivesse mudado, e são os prótons e nêutrons selecionados que estão nesses pares que realmente têm uma mudança significativa em seus quarks, "explica Axel Schmidt, um pós-doutorado do MIT e co-autor.

p Higinbotham diz se esta imagem detalhada do que está acontecendo no núcleo pode ou não ser confirmada, por enquanto, a função de modificação universal parece unir todos os elementos desse mistério de uma maneira consistente.

p "Então, mostramos que os pares são pares e se comportam da mesma maneira, se eles estão em um núcleo de chumbo ou carbono. Também mostramos que quando o número de pares é diferente porque eles estão em núcleos diferentes, eles ainda estão agindo coletivamente basicamente da mesma maneira, "Higinbotham explica." Então o que achamos que descobrimos é que com uma imagem física, podemos explicar o efeito EMC e as correlações de curto alcance. "

p Se aguentar, aquela imagem física de correlações de curto alcance como a causa do Efeito EMC também dá mais um passo em direção a uma meta de longa data dos físicos nucleares e de partículas de conectar nossas duas visões diferentes do núcleo do átomo:como sendo feito de prótons e nêutrons , versus, pois é composto de seus quarks constituintes.

p Os físicos nucleares já começaram a trabalhar na próxima etapa para confirmar esta nova hipótese, que é medir a estrutura de quark de prótons engajados em correlações de curto alcance e comparar com prótons não correlacionados.

p "A próxima coisa que faremos é um experimento que estamos executando no Experimental Hall B do Jefferson Lab com o detector de nêutrons de ângulo posterior. Ele medirá o próton quando estiver em deutério e se movendo em velocidades diferentes. queremos comparar prótons de movimento lento e rápido ", diz Lawrence Weinstein, um co-autor principal e Professor &Eminent Scholar na Old Dominion University. "Esse experimento obterá dados suficientes para responder à pergunta. Este aponta fortemente para uma resposta, mas não é definitivo. "

p Além disso, o próximo objetivo da colaboração é começar a considerar como as correlações de curto alcance e o Efeito EMC podem ser mais pesquisados ​​em um futuro colisor de elétron-íon potencial. A colaboração agora está trabalhando em um projeto para determinar a melhor maneira de cumprir esse objetivo, usando fundos fornecidos pelo programa de P&D dirigido por laboratório do Jefferson Lab.