У физиков нет сомнений, что отдельные нуклоны (протоны и нейтроны) в ядрах атомов испытывают влияние друг друга. Но чем обусловлено это влияние? С 1983 года господствовала теория, гласившая, что значительную роль играют масса или плотность ядра, однако, последние эксперименты показали: существенное влияние оказывают лишь ближайшие «соседи».

Ядро – это центральная часть атома, концентрирующая в себе почти всю его массу. Как известно, атомные ядра состоят из протонов и нейтронов, связанных между собой так называемым сильным взаимодействием. Отдельные нуклоны так же не являются элементарными неделимыми частицами. Внутренняя структура протонов и нейтронов еще не до конца изучена, однако, известно, что нуклоны состоят из фундаментальных частиц кварков. Каждый нуклон включает в себя три высокоэнергетических кварка, которые могут перемещаться в ограниченном пространстве и имеют определенный импульс (он может иметь значения из достаточно широкого диапазона).

Изначально предполагалось, что распределение импульса отдельных кварков не испытывает влияния прочих частиц, составляющих атомное ядро, т.к. сила взаимодействия между отдельными кварками много больше силы взаимодействия между относительно далеко расположенными нуклонами. Однако, в 1983 году группой European Muon Collaboration (EMC) в исследовательском центре CERN близ Женевы (Швейцария) было доказано, что вероятность обнаружить высокий импульс у кварков, находящихся в ядрах, на 20% ниже, чем у свободных кварков. Одно из возможных объяснений этого странного факта в том, что протоны и нейтроны в ядре несколько увеличиваются в размерах за счет того, что их кварки притягиваются к кваркам соседних нуклонов. А в квантовой механике более крупные размеры частиц неразрывно связаны с меньшими скоростями и импульсами.

В ходе последующих экспериментов оказалось, что так называемый «эффект EMC» (именно так было названо явление в честь группы, впервые выявившей зависимость) становится более явным, если речь идет о тяжелых ядрах. Такое странное поведение породило множество теорий, объясняющих эффект. Часть теорий предполагала увеличение эффекта при повышении массы ядра; другая – при увеличении его плотности. Однако, экспериментальные данные были не столь точны, чтобы исключить какую-то из этих моделей.

Последние эксперименты, результаты которых опубликованы в Physical Review Letters, показали, что эффект вовсе не зависит от массы или плотности целого ядра. Столь неожиданный для теоретиков вывод позволили сделать опыты специалистов из Argonne National Laboratory (Иллинойс, США) и Jefferson Lab (JLab, Виргиния, США), нашедших способ достаточно точно измерить эффект EMC для маленьких ядер. В своих экспериментах они использовали ядра гелия-3, гелия-4, бериллия-9 и углерода-12. Измерения показали, что эффект наиболее слабо выражен для гелия-3 и практически не отличается для остальных ядер, не смотря на существенные различия в массе и плотности.

Таким образом, полученный результат автоматически исключает из факторов влияния полную массу и плотность ядра. Вместо этого команда предположила, что значение имеют ближайшие «соседи» нуклона в ядре.

Научный мир пока осторожен в высказываниях относительно полученного результата. Определенно известно одно: для эффекта EMC придется придумывать новые объяснения.