Hogyan kukkantsunk be egy atom belsejébe? Erre nem képes mikroszkóp, sem képalkotó eljárás – már csak azért sem (már a méretproblémákon túl) mert maga az atom sem mozdulatlan. Mint ahogy azt a hírről beszámoló Science Alert tudományos költőiséggel megfogalmazza: az atom belsejében „kvantumfogaskerek kaotikus örvénye” teremt átláthatatlan ködöt. „A részecskék és antirészecskék a statisztikai őrület forrongó habjában bukkannak fel és tűnnek el, ahol a részecskék eloszlására vonatkozó szabályok a legkevésbé sem következetesek.”

A kutatók azonban kifejlesztettek egy új eszközt, hogy fellibbentsék a „statisztikai őrület” ködfátylát, és betekintést nyerjenek az atommagot alkotó protonok és neutronok világába – ez az eszköz pedig az a kvantuminterferencia, ami akkor lép fel, amikor az aranyatomok irtózatos sebességgel elhúznak egymás mellett az ütközést épp csak elkerülve. Az Egyesült Államok Energiaügyi Minisztériumának Brookhaven Nemzeti Laboratóriumában működő nagy teljesítményű Relativisztikus Nehéz Ionütköztető (RHIC) segítségével a tudósok pontos részletek mellett tárták fel az arany protonjainak és neutronjainak az elrendezését az említett kvantuminterferenciával. Ez volt az első ilyen kísérlet a világon. Mint azt az egyik szakember elmagyarázta:

„Ez a technika hasonló ahhoz, ahogyan az orvosok a pozitronemissziós tomográfiát (PET-vizsgálat) használják, hogy kiderítsék, mi történik az agyban és más testrészekben. De ebben az esetben a femtométerek – a milliméter billiomod részei – nagyságrendjében történő feltérképezéséről beszélünk, tehát egy önálló proton méretéről.”

A protonok három alapvető építőelemből, az úgynevezett kvarkokból állnak, amelyeket gluonoknak nevezett részecskék tartanak össze. Ezek a részecskék azonban nem könnyen láthatók, és ezen az sem változtat, ha megvilágítjuk őket. A tudósok ezért két nagy sebességgel mozgó aranyatom polarizált fényét használták fel, hogy töltött részecskéket, úgynevezett pionokat állítsanak elő. E pionok viselkedését elemezve a fizikusok megállapították, hogy összefonódtak, vagyis furcsa és titokzatos módon kapcsolódnak egymáshoz – ez a fent említett kvantuminterferencia. Mindennek eredménye pedig az első kísérleti megfigyelése különböző részecskék kvantum-összefonódásának, aminek segítségével sikerült kétdimenziós képet alkotni a proton pontos gluoneloszlásáról.

Az új módszer tehát pontos betekintést nyújt az atomi részecskék szerkezetébe, és így segít megérteni az anyag alapvető építőköveit. Mint pedig azt az egyik kutató elmondta:

„Most már készíthetünk egy képet, ahol valóban meg tudjuk különböztetni a gluonok sűrűségét adott szögben és sugárban. A képek olyan precízek, hogy még azt is láthatjuk, hogy hol találhatóak a protonok és hol helyezkednek el a neutronok ezekben a nagy (atom)magokban.”

(Kép: A Relativisztikus Nehéz Ionütköztető (RHIC), forrás: Brookhaven National Laboratory)