Proč se chová olovo tak odlišně od ostatních atomových jader, když na něj působí elektrony? Tým fyziků z Univerzity Johannese Gutenberga v Mohuči (JGU) učinil důležitý krok k odpovědi na tuto otázku, ale zjistil, že tajemství je ještě složitější, než se předpokládalo. Výsledky byly publikovány v časopise Physical Review Letters.

Neobvyklé chování olova při scatteringu elektronů

Obvykle se elektrony od atomových jader rozptylují způsobem, který lze s pozoruhodnou přesností předvídat. Jedním z dobře ověřených rysů je, že změna spinového orientace přicházejících elektronů by měla mírně změnit vzorec rozptylu, což je efekt řízený výměnou dvou „virtuálních fotonů“ mezi elektronem a jádrem. Pro většinu jader teorie přesně předpovídá, jak velký by tento drobný efekt měl být, a desítky experimentů potvrdily tato předpovězení.

Olovo však vždy vynikalo. Dřívější měření provedená na Národním akcelerátoru Thomase Jeffersona při Ministerstvu energetiky USA ukázala, že u olova se tento spinově závislý efekt zdál zcela mizet, což byl výsledek, který žádná stávající teorie nedokázala vysvětlit.

Experiment na Mainz Microtron

V novém experimentu provedeném s vysokoresolucí spektrometry A1 na Mainz Microtronu (MAMI) tým JGU změřil stejný proces při jiné energii paprsku a scatteringovém úhlu. Tentokrát byl efekt jasně přítomen a překvapivě velký. Místo aby se vyřešila dřívější anomálie, nové měření ji ještě více zesiluje: chování jádra olova se dramaticky mění s energií způsoby, které současná teorie nedokáže zachytit.

„Tento výsledek potvrzuje, že záhada je skutečná,“ říká profesorka Dr. Concettina Sfienti, která projekt vede. „To znamená, že v tom, jak elektrony zkoumají těžká jádra, je neprozkoumaná fyzika, a potřebujeme nové teoretické myšlenky, abychom to pochopili.“

Důsledky pro budoucí experimenty na MESA

Tato zjištění mají také silné důsledky pro budoucí experiment P2 na novém akcelerátoru MESA, který se v současnosti staví na kampusu v Mohuči jako součást excelentního klastru PRISMA++. Na MESA budou výzkumníci měřit extrémně malé efekty v scatteringu elektronů, aby testovali Standardní model s bezprecedentní přesností. Porozumění roli výměny dvou fotonů v těžkých jádrech—jako je překvapivé chování nyní viděné u olova—je zásadní pro dosažení požadované přesnosti na P2.

„S tímto novým výsledkem z MAMI získáváme mnohem jasnější představu o tom, co potřebujeme pochopit, než se posuneme na další úroveň přesnosti na MESA,“ vysvětluje Sfienti. „To, co měříme dnes, přímo formuje cestu pro fyziku vysoké přesnosti zítřka.“

Více informací: A. Esser et al, Beam-Normal Single-Spin Asymmetry in 208Pb at Low Energy: Discrepancy Resolved or New Kinematic Puzzle?, Physical Review Letters (2025). DOI: 10.1103/fd61-xxk6

Informace o časopise: Physical Review Letters

Poskytla Univerzita Johannese Gutenberga v Mohuči