Почему ученые озабочены проблемой атома?

Никто на самом деле не знает, какие именно процессы происходят внутри атома. Единственное, что остается достоверно известным — это то, что электроны носятся вокруг орбиталей во внешней оболочке атома, образуя большое количество пустого пространства, в центре которого располагается ядро из протонов и нейтронов. Собираясь вместе, протоны и нейтроны придают атому уникальные свойства, определяющие в дальнейшем те или иные качества вещества, которое может быть как кислородом или водородом, так и железом или ксеноном. Согласно статье, опубликованной на портале livescience.com, в настоящее время все еще остается неизвестным то, каким именно образом протоны и нейтроны ведут себя внутри атома. Кроме того, проведенные эксперименты показали, что протоны и нейтроны, расположенные внутри ядра, кажутся гораздо больше, чем они являются на самом деле. С чем же связаны подобные свойства и как их можно применить на практике?

Как устроен атом?

Как вам может быть известно, протоны и нейтроны, расположенные внутри атома, состоят из мельчайших частиц, называемых кварками, взаимодействия между которыми настолько сильны, что их не может деформировать никакая внешняя сила. Джеральд Миллер, физик-ядерщик из Вашингтонского университета считает, что нуклоны, которые образуются при слиянии протонов и нейтронов, имеют внутри себя очень малое количество энергии. Когда в 1983 году физики из Европейской организации ядерных исследований (ЦЕРН) заметили, что пучки электронов отталкивались от железа отличным от свободных протонов образом, они пришли к выводу, что проблема размера заставляет протоны и нейтроны внутри тяжелых ядер действовать так, как будто они имеют намного большие размеры. Данное явление было названо эффектом ЭМС в честь группы, которая случайно его обнаружила.

Кварки — мельчайшие обнаруженные частицы во Вселенной

В то время как кварки — особые частицы, составляющие нуклоны, взаимодействуют между собой внутри отдельного протона и нейтрона, кварки, расположенные в разных протонах и нейтронах, не могут настолько же активно взаимодействовать друг с другом. Вместе с тем, из-за того, что около 20% нуклонов в ядре фактически находится вне своих орбиталей, взаимодействие между ними происходит гораздо более энергично, чем обычно. Данное явление возникает потому, что кварки способны проникать сквозь стенки нуклонов, вызывая разрушение стенок внутри отдельных протонов и нейтронов.

Несмотря на то, что данная теория взаимодействий звучит очень правдоподобно, эксперты полагают, что гипотеза не до конца решает проблему атомного ядра, предлагая заменить ее так называемой квантовой хромодинамикой или системой правил, управляющих поведением кварков. Трудность в решении данной задачи кроется в низком уровне современных технологий, которые не позволяют провести крайне сложные хромодинамические вычисления, необходимые для подтверждения теории.

Тем не менее, эффект ЭМС уже сейчас может помочь при прояснении некоторых важных вопросов современной квантовой физики. Поможет ли внедрение суперкомпьютеров для решения проблемы атома? Пожалуй, время покажет.