פיזיקאים שמציצים בתוך הניוטרון רואים נצנוצים של מה שנראה כמצב בלתי אפשרי. הממצאים המרעישים קשורים לקווארקים, שהם המרכיבים העיקריים של ניוטרונים ופרוטונים. הקווארקים, במהותם, מסתובבים כמו צמרות, וכך גם הניוטרונים והפרוטונים עצמם.
כעת, ניסויים במתקן המאיץ הלאומי של תומאס ג'פרסון בניופורט ניוז, וושינגטון, מצאו רמזים לפיהם קווארק בודד יכול לגזול בקצרה את מרבית האנרגיה השוכנת בניוטרון, ובכל זאת הוא מסתובב בכיוון ההפוך לזה של הניוטרון עצמו.
"זה מאוד מטריד", אומר הפיזיקאי התיאורטי שיאנג-דונג ג'י מאוניברסיטת מרילנד בקולג' פארק.
הממצא מצביע על כך שמדענים עשויים לטעות בחישובים המשתמשים בתיאוריה בסיסית כדי לחזות התנהגות של קווארק בתוך ניוטרונים, הוא אומר. זה עשוי גם להצביע על כך שתנועות מסלוליות של חלקיקים בתוך ניוטרונים, בנוסף לספינים של אותם חלקיקים, חשובות יותר מכפי שהוכר בעבר. תנועות אלה עשויות להיות דומות לסיבוב הירח סביב כדור הארץ, שכן הלוויין מסתובב גם הוא סביב צירו.
בהתחשב בעובדה שהניוטרונים והפרוטונים הם חלקיקי אחיות, המכונים נוקלאונים, הממצאים החדשים חלים על שניהם, אומרת שיאוחאו ג'נג, חבר בצוות הניסוי שנמצא כעת במעבדה הלאומית ארגון.
נוקלאונים הם אבני הבניין של גרעינים אטומיים. גרעין טיפוסי כולל שלושה קווארקים: שני קווארקים למטה וקווארק למעלה לניוטרון; שני קווארקים למעלה וקווארק אחד למטה לפרוטון. בנוסף לאותם מה שנקרא קווארקי ערכיות, כל נוקלאון מכיל המון גלונים – חלקיקים הקושרים קווארקים – וזוגות קווארק קצרי מועד, הידועים ביחד בשם הים הקווארקי.
כל אחד מהמרכיבים הללו בגרעין נושא חלק מסוים באנרגיה של הגרעין, אם כי חלוקת האנרגיה ההיא בין המרכיבים המשתנים מתרחקת ללא הרף, מסביר ג'י.
מניסויים קודמים, מדענים ידעו שרק קווארקי ערכיות יכולים לתפוס חלקים מרכזיים מתכולת האנרגיה הכוללת של גרעין, אומר ג'יאן-פינג צ'ן ממעבדת ג'פרסון, חוקר שותף בניסוי. הניסוי החדש לזיהוי הסיבוב הוא הראשון למדידת מצב הניוטרון כאשר מרבית האנרגיה שלו שוכנת לרגע בקווארק בודד.
חישובים המבוססים על התיאוריה הרווחת של התנהגות קווארק צופים כי כל קווארק המחזיק יותר ממחצית האנרגיה של נוקלאון צריך להסתובב באותו כיוון של הנוקלאון. עם זאת, כאשר הניסוי החדש בדק את קווארקי הערך העמוסים באופן זמני עם בעד 60 אחוזים מהאנרגיה של ניוטרון, הוא גילה שרק הקווארקים העליונים התנהגו כצפוי. הקווארקים התחתונים נשאו איכשהו את מרבית האנרגיה ועם זאת הסתובבו בכיוון ההפוך לזה של הניוטרון בכללותו.
גם אלקטרונים ואטומים שלמים מסתובבים. כדי להגיע לממצאים החדשים, ניסו הנסיינים יעד של גז הליום שבו כמעט כל האטומים נאלצו להסתובב באותו כיוון והפציצו אותו בקורה של אלקטרונים בעלי אנרגיה גבוהה, שגם סיבובים שלהם נאלצו לקבל כיוונים אחידים.
החוקרים קבעו את כיווני הסיבוב של הקווארקים באטומי הליום על ידי הצבת גלאים במיקומים ספציפיים שבהם יש סיכוי גבוה יותר לבצע איתורים כאשר כיווני הסיבוב של האלקטרון וסיבוב הקווארק מנוגדים, אומרת ג'נג.
