Międzynarodowy zespół fizyków z udziałem prof. Lecha Szymanowskiego z Narodowego Centrum Badań Jądrowych zaproponował nową metodę badania wewnętrznej struktury mezonów — jednych z podstawowych cząstek budujących materię. 

Wyniki badań opublikowano 6 maja 2026 roku w prestiżowym czasopiśmie Physical Review D.; DOI: https://doi.org/10.1103/rl5q-5h2n

Mezony to bardzo małe i nietrwałe cząstki zbudowane z kwarka i antykwarka. Choć istnieją bardzo krótko, odgrywają ważną rolę w badaniach nad podstawowymi siłami rządzącymi materią. Dzięki nim fizycy próbują zrozumieć, w jaki sposób kwarki i gluony — najmniejsze znane składniki materii — tworzą bardziej złożone cząstki, takie jak protony, neutrony czy właśnie mezony.

Autorzy pracy przedstawili nową metodę badania tzw. wewnętrznej struktury stanów dwumezonowych, czyli sposobu, w jaki znajdujące się w nich cząstki poruszają się i oddziałują ze sobą. Szczególnie ważne jest zrozumienie związku pomiędzy spinem cząstek a ich ruchem. Spin można w uproszczeniu porównać do wewnętrznego „wirowania” cząstki, które wpływa na jej właściwości fizyczne.

Dotychczas część tych zjawisk pozostawała praktycznie niedostępna eksperymentalnie. Badacze pokazali po raz pierwszy, że możliwe może być obserwowanie tzw. chiralnie nieparzystych amplitud rozkładu mezonów — bardzo subtelnych efektów opisujących zachowanie kwarków wewnątrz układów dwumezonowych. Są to jedne z najmniej poznanych elementów współczesnej fizyki cząstek.

Zespół opracował metodę wykorzystującą zderzenia elektronów i pozytonów w akceleratorach cząstek. Elektron i pozyton, czyli jego antycząstka, zderzając się ze sobą, mogą wytwarzać pary mezonów. Naukowcy pokazali, że analiza takich procesów może ujawnić nowe informacje o strukturze materii.

Kluczowe znaczenie ma tu zjawisko interferencji, czyli nakładania się różnych procesów kwantowych. Badacze wykazali, że porównanie procesów zachodzących z udziałem jednego i dwóch fotonów może pozwolić wykryć sygnały związane z dotąd nieobserwowanymi właściwościami mezonów.

Według autorów takie badania mogą być prowadzone m.in. w eksperymencie BES III w Chinach oraz w przyszłych zderzaczach elektron-pozyton nowej generacji.

Wkład naukowców związanych z NCBJ dotyczył przede wszystkim opracowania teoretycznych podstaw proponowanej metody oraz analizy procesów kwantowych opisujących strukturę mezonów. Badanie wpisuje się w jeden z najważniejszych kierunków współczesnej fizyki cząstek — próbę stworzenia „mapy wnętrza” hadronów, czyli cząstek zbudowanych z kwarków i gluonów.

– Praca podejmuje jeden z fundamentalnych problemów współczesnej nauki: jak z oddziaływań najmniejszych składników materii powstają właściwości obserwowanego świata. Protony i neutrony są badane od dziesięcioleci, jednak mezony pozostają znacznie słabiej poznane, ponieważ są bardzo nietrwałe i trudne do bezpośredniego badania – wyjaśnia prof. Lech Szymanowski.

Znaczenie takich badań wykracza poza fizykę cząstek. Rozwijane przy ich okazji zaawansowane metody matematyczne, modele komputerowe i techniki analizy danych znajdują później zastosowanie m.in. w nowych technologiach obliczeniowych, analizie dużych zbiorów danych czy metodach obrazowania wykorzystywanych w nauce i medycynie.

Zdaniem autorów proponowana metoda może w przyszłości stać się ważnym narzędziem badania struktury materii i pomóc lepiej zrozumieć fundamentalne prawa rządzące Wszechświatem.