Afsidesliggende neutroner kan faktisk tale kort med hinanden i ny form for symmetri

Selvom neutroner elsker at samarbejde med protoner for at danne kernen af ​​et atom, partiklerne har altid været berygtet for deres modvilje mod at binde sig til hinanden. Men ifølge en ny foreslået teori, disse partikler kan kommunikere under visse omstændigheder, danner en ny slags 'upartikel' - som kunne være bevis på en ny slags symmetri i fysik.

Dam Thanh Søn, universitetsprofessor i fysik ved University of Chicago, fremlagde argumentet i en undersøgelse offentliggjort i Procedurer fra National Academy of Sciences , som han skrev sammen med Hans-Werner Hammer fra det tekniske universitet i Darmstadt i Tyskland.

Den nye undersøgelse var inspireret af en idé, som først blev foreslået i 2007 af professor Howard Georgi fra Harvard University, der foreslog, at der kunne være et fænomen ud over vores traditionelle idé om stof.

"Alt omkring os er lavet af partikler - en lokaliseret prik i rummet, der kan bære energi - men hans idé var, at i naturen, måske kunne der være noget, der bærer energi, men er mindre sprød og mere uklar, " sagde Son. "Han kaldte legende dette koncept for en 'unparticle'."

Son og Hammer ønskede at prøve at anvende dette koncept til at forstå partiklernes opførsel i atomkerner - især mere eksotiske kerner, som blinker ind og ud af eksistensen under voldelige begivenheder i universet, som når stjerner eksploderer. "Vi kender kun en brøkdel af disse eksotiske kerner, " sagde Søn.

For at studere disse eksotiske atomkerner på Jorden, videnskabsmænd smadrer tunge kerner ind i hinanden i acceleratorer. Det, der kommer ud, er en ny kerne, og en byge af neutroner. Son og Hammer observerede, at når neutronerne strømmer ud og væk, nogle få, der går i samme retning, kan fortsætte med at "tale" med hinanden - også efter at de andre er stoppet med at interagere. Denne vedvarende kommunikation mellem neutroner kunne udgøre en uklar "unnucleus, " med sine egne egenskaber, der adskiller sig fra normale kerner.

For at få en følelse af denne uklarhed, Søn sagde, "Det er lidt ligesom forskellen på at blive ramt af en sten, og at blive ramt af en vandstrøm." Begge bærer energi, men formen er anderledes.

I deres nye undersøgelse, Son og Hammer lagde ud, hvordan og hvor man skulle lede efter beviser for disse "unuclei" i acceleratorer, og en generel forklaring på området for, hvad de legende kaldte "unnuklear fysik."

Dette kunne være en manifestation, sagde forskerne, af en type symmetri kaldet konform symmetri. Symmetrier er grundlæggende for moderne fysik; de er fællestræk, der forbliver, selv når et system ændrer sig - det mest berømte er, at lysets hastighed er konstant i hele universet.

I konform symmetri, et rum forvrænget, men alle vinkler holdes uændrede. For eksempel, når man tegner et 2D-kort over hele 3D-jorden, det er umuligt at bevare alle afstande og vinkler på samme tid. Imidlertid, nogle kort, såsom en almindelig version først tegnet af Gerardus Mercator, tegnes, så alle vinkler forbliver korrekte, men på bekostning af i høj grad at forvrænge afstandene nær polerne.

"Denne konforme symmetri forekommer ikke i fysikkens standardmodel, men det er med i Georgis forslag om 'unparticle', og det vises også her, "Søn sagde. Andelen af ​​energi, der bæres af hver partikel i" unnucleus "forbliver uændret, selvom afstanden mellem dem ændres.

"Det var en overraskelse for mig, fordi usædvanligt for kernefysik, disse resultater ser ud til at have en vis universalitet, sagde Søn. Det vil sige, i modsætning til de mange beregninger i fysik, der afhænger af nøjagtigheden af ​​selv de mindste detaljer og tal, "disse tal er slet ikke følsomme over for detaljer, " han sagde.

Fordi beregningerne er så robuste, selvom nogle detaljer mangler, Son sagde, at hvis argumentet bliver bekræftet, fysikere kan muligvis bruge disse formler til at kontrollere andre beregninger.

Han og Hammer bemærkede også, at denne adfærd kan forekomme, når atomer afkøles til superlave temperaturer, og i eksotiske partikler kaldet tetraquarks, består af to kvarker og to antikvarker.

"Det er interessant at arbejde med et problem, der kan have konsekvenser inden for så mange fysikområder, " sagde søn.