I medici hanno utilizzato a lungo le scansioni TC per ottenere immagini 3D del funzionamento interno del corpo umano. Ora, i fisici stanno lavorando per ottenere le loro prime scansioni TC del funzionamento interno del nucleo. Una misurazione dei quark nei nuclei di elio dimostra che l'imaging 3D della struttura interna del nucleo è ora possibile.

Nathan Baltzell è un ricercatore post-dottorato presso il Thomas Jefferson National Accelerator Facility del Dipartimento dell'Energia a Newport News, Va. Dice che questa misurazione di successo è uno dei primi passi verso l'imaging dei nuclei in un modo nuovo.

"È una misurazione di prova di principio che apre un nuovo campo:l'imaging della struttura nucleare in tre dimensioni con la tomografia GPD, " lui dice.

Spiega che i GPD, o distribuzioni partoni generalizzate, fornire un quadro che, quando combinato con i risultati sperimentali, consente ai fisici nucleari di completare un rendering 3D degli elementi costitutivi delle particelle subatomiche, come il protone, neutrone, e adesso, anche il nucleo.

I GPD vengono già applicati agli studi di imaging 3D di protoni e neutroni al Jefferson Lab. Questi studi stanno aiutando i ricercatori a capire come quark e gluoni costruiscono protoni e neutroni. Ora, Baltzell ei suoi colleghi vogliono aprire una nuova finestra sulla struttura del nucleo estendendo questa tecnica di tomografia GPD ai nuclei.

"Abbiamo fatto questo tipo di studi su quark e gluoni all'interno di protoni e neutroni per un po' di tempo, " dice. "Ma in un nucleo, dove hai più neutroni e protoni insieme... Non sappiamo bene come cambiano i comportamenti di quark e gluoni e come si muovono insieme in modo diverso quando li metti in un nucleo".

L'esperimento è stato condotto nel 2009 presso il Continuous Electron Beam Accelerator Facility del Jefferson Lab, una struttura per gli utenti dell'Office of Science del DOE. Dentro, gli elettroni sono stati irradiati nei nuclei degli atomi di elio-4.

"Abbiamo iniziato con l'elio-4 come prova di principio per questo studio, " dice Baltzell. "Abbiamo scelto l'elio-4 perché è un nucleo leggero, relativamente denso, e senza spin. Queste caratteristiche lo rendono sperimentalmente attraente e l'interpretazione teorica molto più semplice."

Gli sperimentatori erano interessati a circa 3, 200 eventi hanno registrato degli elettroni che interagiscono con i singoli quark all'interno dei nuclei. Per ciascuno di questi eventi, l'elettrone in uscita, sono stati registrati il ​​nucleo di elio e un fotone emesso dal singolo quark.

"Per fare una misurazione precisa come questa, vuoi misurare tutto ciò che viene fuori. Questa è la prima volta che abbiamo misurato tutte le particelle nello stato finale, " aggiunge Baltzell.

Il risultato dell'esperimento è stato pubblicato lo scorso autunno nel Lettere di revisione fisica .

Ora che i ricercatori hanno dimostrato che questa tecnica è fattibile, la collaborazione sta facendo il passo successivo per continuare questi studi con le nuove capacità offerte dall'acceleratore aggiornato e dalle apparecchiature sperimentali del Jefferson Lab. È già stato pianificato un nuovo esperimento per iniziare il lungo processo di composizione dell'immagine tridimensionale della struttura interna di quark-gluoni del nucleo di elio-4.