Lompat ke konten Lompat ke sidebar Lompat ke footer

Inti Cermin Menjelaskan Efek EMC yang Misterius

Sumber elektron: MARATHON mengalir dari Fasilitas Akselerator Berkas Elektron Berkelanjutan di Fasilitas Akselerator Nasional Thomas Jefferson. (Sumber: Jefferson Lab)

Struktur internal inti yang mengandung jumlah cerminan proton dan neutron telah dipelajari dengan tingkat presisi yang tinggi. Penelitian telah mengungkapkan bahwa neutron lebih rentan daripada proton untuk memodifikasi struktur internal mereka ketika terikat dalam inti, dan itu dapat membantu memecahkan misteri penting fisika nuklir.

Penelitian dilakukan oleh kolaborasi internasional Jefferson Lab Angular Momentum (JAM) menggunakan data dari percobaan MARATHON, yang berada di Thomas Jefferson National Accelerator Facility di AS. Hasil tim dapat membantu fisikawan lebih memahami bagaimana quark didistribusikan di dalam proton dan neutron dan mengapa distribusi ini berbeda ketika proton dan neutron tergabung dalam inti.

Proton terdiri dari dua quark atas dan satu quark bawah, sedangkan neutron mengandung dua quark turun dan satu quark naik. Sejak 2018, MARATHON telah menggunakan berkas elektron berenergi tinggi untuk menyelidiki bagaimana quark ini didistribusikan di dalam proton dan neutron. Ketika ditembakkan pada target yang sangat dingin, elektron ini mengalami hamburan inelastis yang dalam saat berinteraksi dengan quark. Setelah itu, elektron yang tersebar dideteksi oleh sepasang spektrometer resolusi tinggi.

Fungsi struktur

Dengan mengukur perubahan momentum elektron saat mereka menyebar, fisikawan dapat menentukan susunan quark di dalam proton dan neutron di dalam inti target. Distribusi ini dijelaskan oleh fungsi struktur proton atau neutron.

Selama beberapa dekade fisikawan telah mengetahui bahwa fungsi struktur proton dan neutron bebas berbeda dari fungsi proton dan neutron yang terikat di dalam inti. Ini disebut efek EMC – dinamai dari Kolaborasi Muon Eropa, yang menemukannya pada tahun 1983 – dan tetap menjadi misteri penting fisika nuklir.

Dalam studi terbaru mereka, tim MARATHON mengukur rasio fungsi struktur proton dan neutron dalam pasangan paling sederhana dari inti cermin: helium-3 – yang berisi dua proton dan satu neutron – dan tritium (hidrogen-3), yang memiliki satu proton dan dua neutron. Mempelajari inti cermin berarti bahwa beberapa ketidakpastian teoretis dihilangkan dari pengukuran rasionya.

Lebih kuat untuk down quark

Tim menggunakan berkas elektron 10,59 GeV, yang merupakan energi tertinggi yang pernah digunakan untuk mengukur fungsi struktur nukleon. Menggunakan teknik koreksi kesalahan baru, mereka mengekstrak rasio fungsi struktur dari data hamburan mereka. Mereka menemukan bahwa efek EMC lebih kuat untuk quark bawah daripada quark atas, yang berarti memiliki efek struktur neutron yang lebih besar dibandingkan dengan proton.

Sementara hasilnya sesuai dengan perhitungan teoritis dan pekerjaan eksperimental sebelumnya, mereka menawarkan peningkatan yang signifikan dalam akurasi.

Dalam studi masa depan, tim akan bertujuan untuk menyempurnakan pendekatan mereka, memungkinkan mereka untuk mempelajari fungsi struktur nukleon dalam inti yang lebih besar dan lebih kompleks. 

Hasil mereka dapat membuka rute baru yang menjanjikan untuk meningkatkan pengetahuan kita tentang gaya nuklir kuat, yang mengikat quark bersama-sama, serta asal-usul misterius dari efek EMC. Penelitian ini dijelaskan dalam Physics Review Letters.