Эксперименты по рассеянию пучков электронов на атомных ядрах долгое время служили эталоном точности в ядерной физике, надежно подтверждая теоретические предсказания. Однако ядра свинца, одного из самых тяжелых стабильных элементов, демонстрируют аномальное поведение, бросая вызов устоявшимся моделям.
Новое исследование физиков из Университета имени Иоганна Гутенберга в Майнце не только подтвердило реальность этой аномалии, но и показало, что загадка оказалась еще глубже. Ранее эксперименты в Национальной ускорительной лаборатории Джефферсона в США показали, что в свинце практически исчезает крошечный спин-зависимый эффект, возникающий при обмене двумя виртуальными фотонами между электроном и ядром. Существующие теории не могли объяснить этот феномен. Чтобы разгадать тайну, немецкие ученые провели высокоточные измерения на микротроне MAMI, оснащенном сверхчувствительными спектрометрами.
Исследователи изменили энергию пучка электронов и угол рассеяния, что позволило детально измерить, как меняется процесс при перевороте спина электрона. Вопреки ожиданиям, эффект не только не исчез, но и проявился отчетливо, оказавшись значительно больше предсказанного. Это не разрешило прежнее противоречие, а лишь обострило его, показав, что поведение свинца резко меняется в зависимости от энергии, и ни одна из современных теоретических моделей этого не предсказывает.
«Наш результат подтверждает, что загадка реальна, и это означает наличие неисследованной физики в том, как электроны зондируют тяжелые ядра. Нам необходимы новые теоретические идеи, чтобы это понять», — заявила профессор Кончеттина Сфиенти, одна из авторов исследования.
Открытие имеет далеко идущие последствия для будущих экспериментов, нацеленных на проверку Стандартной модели с рекордной точностью, таких как предстоящий эксперимент P2 на строящемся в Майнце ускорителе MESA. Без понимания аномальных эффектов в тяжелых ядрах, подобных свинцу, интерпретация данных таких высокоточных измерений может оказаться ошибочной.
Ученые пока не могут объяснить, почему свинец ведет себя столь необычно, проявляется ли этот эффект в других тяжелых ядрах и какие особенности структуры ядра ответственны за резкие изменения. Следующими шагами станут измерения на других энергиях, сравнение свинца с иными тяжелыми элементами и совместная работа с теоретиками для создания новых моделей, способных описать обнаруженное поведение.