Nueva experiencia desafía la comprensión de las fuerzas nucleares

Predicciones teóricas y nuevos datos experimentales sobre 4ElCuando se miden con gran precisión, difieren mucho entre sí.

En el acelerador de electrones MAMI de Mainz, la colaboración A1, en relación con el trabajo de tesis del Dr. Simon Kegel, midió sistemáticamente la excitación de una partícula α, el núcleo de un 4Es un átomo, desde su estado fundamental hasta su primer estado excitado con una precisión sin precedentes. Al comparar los resultados experimentales y los cálculos recientes utilizando la correspondiente teoría de baja energía, queda claro que la excitación de partículas alfa no se ha descrito correctamente según la comprensión actual de las fuerzas nucleares, y esto plantea una gran cantidad de preguntas difíciles. El artículo científico relacionado se publicó como una sugerencia de los editores en la destacada revista Physical Review Letters.

Las propiedades del núcleo atómico, como su tamaño y energía de enlace, están determinadas principalmente por las interacciones nucleares entre los protones y los neutrones dentro del núcleo. Estas interacciones pueden describirse en términos fenomenológicos, pero también pueden explicarse sistemáticamente utilizando conceptos modernos, con una teoría de campo efectiva en particular que proporciona un marco prometedor sobre el cual estudiar estas interacciones. Sin embargo, a medida que el kernel crece, los cálculos se vuelven más complejos. Está claro entonces que analizar núcleos más pequeños es la mejor manera de trabajar diferentes aspectos teóricos y probarlos utilizando datos experimentales. núcleo un 4Un átomo consta de sólo dos protones y dos neutrones. Debido al pequeño número de componentes, es ideal para investigaciones sistemáticas de este tipo y, por lo tanto, es uno de los núcleos atómicos más estudiados.

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Utilizando el acelerador MAMI, se midió la excitación de una partícula α desde su estado fundamental hasta el primer estado excitado con una precisión nunca antes alcanzada. Para ello, el equipo midió el denominado factor de forma de transición monopolar en un experimento de dispersión de electrones en pequeñas transferencias de momento con el objetivo de comparar posteriormente sus resultados con la mejor predicción teórica actual. Sus nuevos resultados tienen mucha menos incertidumbre en comparación con las mediciones anteriores. Además, los conjuntos de datos más antiguos cubrían cada uno solo una parte del rango de transferencia de momento medido ahora.

Discrepancia significativa entre los datos experimentales y las predicciones teóricas

Aunque los factores de forma ahora extraídos del experimento y la teoría muestran una forma similar a la función de transferencia de cantidad de movimiento, difieren fundamentalmente en un factor de aproximadamente 2. Los resultados de mediciones anteriores ya habían indicado que podría haber una contradicción con la teoría, pero las incertidumbres experimentales eran demasiado grandes para permitir sacar conclusiones. Gracias a la mayor precisión de los resultados obtenidos por el equipo de Mainz, ahora se puede concluir que las excitaciones de una partícula α no se pueden reproducir con precisión utilizando la descripción de fuerzas nucleares actualmente disponible.

«Nuestro experimento se realizó con muy buen control sobre las incertidumbres metodológicas. El desacuerdo con los mejores cálculos teóricos es, por lo tanto, una indicación seria de que se está pasando por alto un aspecto importante de las interacciones nucleares y es particularmente evidente en esta transición unipolar, o que las propiedades del estado La primera excitación de una partícula alfa depende fuertemente de los detalles exactos de las fuerzas nucleares. Ambas posibilidades son de gran interés y nos inspiran para estudios posteriores”, explica la profesora Constina Sventi, autora del artículo correspondiente.

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Prosiguiendo investigaciones en Maguncia, con la esperanza de encontrar una respuesta al misterio.

De hecho, el acelerador MESA actualmente en construcción en el campus de Mainz brindará excelentes oportunidades para experimentos de seguimiento. En el modo de recuperación de energía, MESA entregará un haz de electrones de notable intensidad, que colisiona con un objetivo de chorro de gas en el experimento MAGIX. Las partículas dispersas resultantes se detectarán por medio de un espectrómetro magnético mejorado para energías más bajas. Esto permitirá mediciones con transferencias de momento más bajas que las logradas con la configuración A1.

También teóricamente, se planea arrojar luz sobre este misterio de las fuerzas nucleares de baja energía. Por lo tanto, los cálculos del factor de forma traslacional llevados a cabo en el grupo de la profesora Sonja Baca, también de la Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU), deben optimizarse sistemáticamente y estudiarse en detalle en el marco de la teoría del campo efectivo quiral.

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