Pierwsze niepokojące sygnały pojawiły się już jakiś czas temu w Thomas Jefferson National Accelerator Facility w Stanach Zjednoczonych. Podczas bombardowania jąder ołowiu elektronami zaobserwowano coś niezwykłego – subtelny efekt związany ze spinem cząstek, który normalnie występuje podczas wymiany dwóch wirtualnych fotonów, po prostu zanikał.
Czytaj także: Ołów zamienił się w złoto. Naukowcy zauważyli coś niesamowitego w akceleratorze cząstek
Wyglądało to tak, jakby podstawowe prawa mechaniki kwantowej przestawały obowiązywać w kontakcie z tym konkretnym pierwiastkiem. Ów efekt spinu to drobna, ale mierzalna zmiana w trajektorii odbitych elektronów przy odwróceniu ich spinu. Dla większości pierwiastków teoria i praktyka są ze sobą w idealnej zgodności. Ołów stanowi uparty wyjątek, a naukowcy od lat bezskutecznie szukają wyjaśnienia tej rozbieżności.
Najnowsze eksperymenty tylko pogorszyły sprawę
Niemiecki zespół z Uniwersytetu Johannesa Gutenberga w Moguncji postanowił podejść do sprawy od innej strony, wykorzystując niezwykle czuły akcelerator elektronów Mainz Microtron. Kluczową różnicą w stosunku do poprzednich badań była zmiana energii wiązki oraz kąta jej padania na tarczę ołowianą. Rezultat okazał się zaskakujący i w pewnym sensie jeszcze bardziej kłopotliwy. Zamiast nieobecności efektu spinu, naukowcy zarejestrowali jego wyraźną obecność – i to znacznie silniejszą, niż przewidywały jakiekolwiek obliczenia. To odkrycie nie rozwiązało zagadki, a raczej ją jedynie pogłębiło. Okazało się, że zachowanie ołowiu nie jest po prostu anormalne, ale też niezwykle kapryśne – zmienia się drastycznie w zależności od użytej energii, czego nie obserwuje się w lżejszych jądrach atomowych. Tam efekt spinu jest stabilny i przewidywalny. Tutaj wydaje się, że ołów gra według zupełnie innych, nieznanych reguł, co stawia teoretyków w bardzo trudnej sytuacji.
Co to oznacza dla przyszłych badań?
Ta sytuacja ma konkretne i dość poważne konsekwencje dla planowanych badań fundamentalnych. W tym samym ośrodku w Moguncji trwa bowiem budowa nowego akceleratora MESA, na którym przeprowadzony zostanie eksperyment P2. Jego celem jest testowanie Modelu Standardowego z bezprecedensową precyzją, co wymaga uwzględnienia każdego, nawet najmniejszego czynnika. Jeśli naukowcy nie zrozumieją, dlaczego ołów zachowuje się w ten dziwny sposób, ryzykują, że przyszłe, niezwykle dokładne pomiary przyniosą wyniki obarczone ukrytym błędem. To trochę jak używanie wadliwej linijki do pomiarów milimetrowych – pozorna dokładność może prowadzić na manowce.
Czytaj także: Fizyka dokonała tego, o czym marzyli alchemicy. Naukowcy właśnie zamienili ołów w cenny kruszec
Prace, finansowane przez German Research Foundation, będą teraz kontynuowane na szerszą skalę. Fizycy zamierzają zbadać inne ciężkie pierwiastki, aby sprawdzić, czy problem dotyczy tylko ołowiu, czy może szerszej klasy jąder. Pytanie o to, która konkretnie cecha struktury jądra odpowiada za to kapryszenie, wciąż pozostaje bez odpowiedzi. Z perspektywy badaczy jest to mieszanka frustracji i podekscytowania. Z jednej strony mamy do czynienia z upartym wyjątkiem, który burzy eleganckie teorie. Z drugiej – właśnie takie anomalie często prowadzą do przełomów, zmuszając naukę do poszerzenia horyzontów. Ołów, znany ludzkości od starożytności, wciąż potrafi zaskakiwać i przypominać, że natura zawsze może mieć w zanadrzu niespodziankę.