Jak to, že olovo vykazuje při srážkách s elektrony zcela odlišné chování než ostatní atomová jádra? Tímto směrem se ubírá tým fyziků z Univerzity Johanna Gutenberga v Mohuči (JGU), který učinil důležitý krok k vysvětlení této otázky, avšak zjistil, že záhada je ještě hlubší, než se předpokládalo. Výsledky byly publikovány v časopise Physical Review Letters.
Rozptyl elektronů a olovo
Obvykle lze rozptyl elektronů od atomových jader předpovědět s pozoruhodnou přesností. Jedním ověřeným jevem je, že změna spinového stavu příchozích elektronů by měla mírně změnit rozptylový obrazec, což je efekt způsobený výměnou dvou „virtuálních fotonů“ mezi elektronem a jádrem.
Pro většinu jader teorie přesně předpovídá, jak velký by měl tento malý efekt být, a desítky let experimentů potvrdily tyto předpovědi. Olovo se však vždy vyjímal. Dřívější měření provedená na Národním urychlovači Thomase Jeffersona, který spadá pod ministerstvo energetiky USA, ukázala, že pro olovo se tento spinově závislý efekt zdál úplně nulový, což žádná stávající teorie nedokázala vysvětlit.
Experiment na Mainz Microtronu
Ve novém experimentu provedeném s vysokorozlišovacími spekrometry A1 na Mainz Microtronu (MAMI) tým z JGU měřil stejný proces při jiné energii paprsku a úhlu rozptylu. Tentokrát byl efekt jasně přítomný a překvapivě velký. Místo aby se vyřešila dřívější anomálie, nové měření ji ještě více vystupňuje: chování olověného jádra se razantně mění s energií v takovém směru, který současná teorie nezachycuje.
„Tento výsledek potvrzuje, že záhada je realitou,“ uvádí profesor Dr. Concettina Sfienti, který projekt vede. „To znamená, že existuje neprozkoumaná fyzika v tom, jak elektrony zkoumají těžká jádra, a potřebujeme nové teoretické nápady k jejímu pochopení.“
Vznikající důsledky pro budoucí experimenty na MESA
Tato zjištění také nesou silné důsledky pro budoucí experiment P2 na novém urychlovači MESA, který se v současnosti staví na kampusu v Mohuči v rámci klastru excelence PRISMA++. Na MESA budou vědci měřit extrémně malé efekty v rozptylu elektronů, aby otestovali Standardní model s bezprecedentní přesností. Pochopení role výměny dvou fotonů v těžkých jádrech—jako je překvapivé chování pozorované u olova—je klíčové pro dosažení potřebné přesnosti na P2.
„Díky tomuto novému výsledku z MAMI získáváme mnohem jasnější představu o tom, co je třeba pochopit, než se posuneme na další úroveň přesnosti na MESA,“ vysvětluje Sfienti. „To, co měříme dnes, přímo utváří plán pro fyziku vysoké přesnosti zítřka.“
Další informace
Více informací naleznete v článku: 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.
Journal information: Physical Review Letters.
Poskytla Univerzita Johanna Gutenberga v Mohuči.
