Không phải lúc nào proton cũng có hình cầu

Quark được xem là đơn vị nhỏ nhất, không thể phân chia.

Phát hiện này khiến những nhà vật lý kỳ cựu nhất cũng phải ngạc nhiên, vì trước nay proton, một trong hai thành phần chính của hạt nhân nguyên tử, chỉ được mô tả dưới dạng hình cầu bất di bất dịch.

Khi Gerald A. Miller chứng kiến kết quả thí nghiệm tại Phòng thí nghiệm Gia tốc Quốc gia Thomas Jefferson (Mỹ), ông không thể tin rằng đó là sự thật. Vì nếu đúng như vậy, thì có nghĩa là một số khái niệm cổ điển về proton, một nền tảng cơ bản của nguyên tử, đã sai lầm. Nhưng, thời gian đã chứng minh điều đó là đúng: Các proton không phải lúc nào cũng tròn trịa như một quả bóng rổ, mà nó có thể mang dáng vẻ của một củ lạc, một quả bóng bầu dục hoặc dẹt như một cái bánh vừng vòng.

Miller và cộng sự đã lập mô hình dự đoán trạng thái của quark (đơn vị nhỏ nhất của nguyên tử. Một proton được tạo bởi hai hạt quark như vậy: quark u và quark d), và phát hiện ra rằng sự thay đổi trạng thái này sẽ quyết định đến hình dạng của proton. Mô hình cho thấy, những hạt quark có động lượng cao nhất, tức là những hạt di chuyển với tốc độ gần đạt tốc độ ánh sáng, sẽ khiến proton có hình củ lạc. Khi chúng chuyển động chậm lại, các vết lõm trên bề mặt củ lạc đầy lên và tạo cho proton vẻ ngoài của một quả bóng bầu dục. Những hạt chậm nhất sẽ cho proton dáng vẻ hình cầu mà các nhà vật lý ưa thích.

“Các hạt quark giống như những tù nhân giãy giụa trong một phòng giam. Chúng lao đi rất nhanh, và khi chạm vào tường, chúng phải quay trở lại. Một cách gián tiếp, chúng ta có thể nhìn thấy và đo đạc nó”, Miller cho biết.  

Các hạt quark chuyển động nhanh còn tạo ra một loại proton có hình bánh vừng vòng - một dạng bà con của loại hình củ lạc. Chúng chỉ khác nhau ở chỗ, nếu như ở hình củ lạc, hạt quark quay cùng chiều quay của proton, thì ở hình bánh vừng vòng, chiều quay của chúng ngược lại.

Miller cho biết, dựa trên nguyên tắc này, có thể thấy là proton có đủ mọi hình dạng, và chỉ phụ thuộc vào tốc độ hay hướng quay của các hạt quark trong lòng nó mà thôi.

Phát hiện này được công bố trong cuộc họp thường niên của Hiệp hội Vật lý Mỹ, đang diễn ra ở Philadelphia.

B.H. (theo Science Blog)