Fig. 1. Processo di fotoproduzione del mesone vettore vicino alla soglia sul bersaglio del protone. Credito:KOU Wei
I ricercatori hanno recentemente estratto il raggio di massa del protone dai dati sperimentali. Un gruppo di ricerca dell'Istituto di Fisica Moderna (IMP) dell'Accademia Cinese delle Scienze (CAS) ha presentato un'analisi del raggio di massa del protone in Revisione fisica D l'11 maggio. Il raggio della massa del protone è determinato in 0,67 ± 0,03 femtometri, che è ovviamente più piccolo del raggio di carica del protone.
Nel modello standard, il protone è una particella composita composta da quark e gluoni e ha dimensione diversa da zero. Il raggio del protone è una proprietà globale e fondamentale del protone. È correlato al raggio di confinamento del colore, una proprietà governata dalla cromodinamica quantistica (QCD).
Il raggio del protone è di circa 100, 000 volte più piccolo di quello dell'atomo, e le dimensioni del quark e del gluone sono di parecchi ordini inferiori al raggio del protone. Gli scienziati usano varie distribuzioni per descrivere la forma del protone, come la distribuzione di carica e la distribuzione di massa.
Il raggio di carica del protone è stato misurato con precisione dagli scienziati tramite il Lamb shift dell'idrogeno muonico o lo scattering elastico elettrone-protone ad alta energia, con il valore medio di 0,8409 ± 0,0004 femtometri fornito dal Particle Data Group. Tuttavia, la conoscenza delle proprietà gravitazionali dei protoni come il raggio di massa del protone è ancora molto limitata.
"Secondo recenti studi teorici di Dmitri Kharzeev, il raggio di massa del protone è correlato al fattore di forma gravitazionale scalare del protone, " ha detto il dottor Wang Rong, primo autore del saggio. Indagando i dati di fotoproduzione del mesone vettore per omega, phi e J/psi dall'esperimento SAPHIR (Spectrometer Arrangement for PHoton Induced Reactions) presso l'Università di Bonn, l'esperimento LEPS (Laser Electron Photons) presso la struttura SPring-8, e l'esperimento GlueX al Jefferson Lab, i ricercatori hanno determinato il fattore di forma gravitazionale scalare e il raggio di massa del protone.
Fig. 2. Raggio di massa del protone estratto dai dati sperimentali. Credito:revisione fisica D
Nel frattempo, Prof. Dmitri Kharzeev, un fisico teorico alla Stony Brook University, ottenuto un risultato simile utilizzando i dati GlueX J/psi. Il raggio di massa del protone è stato stimato in 0,55 ± 0,03 femtometri.
"Entrambi i risultati potrebbero essere i primi valori in assoluto del raggio di massa del protone con prove sperimentali, " ha detto Wang. "La determinazione del raggio di massa del protone migliorerà la nostra comprensione delle origini della massa del protone e del meccanismo di confinamento del colore dell'interazione forte".
Rimangono ancora molte domande. "Il raggio di massa più piccolo implica che la distribuzione di massa è significativamente diversa dalla distribuzione di carica del protone, " ha detto il prof. Chen Xurong, un ricercatore dell'Imp.
Gli scienziati stanno ora cercando di ottenere un'immagine più chiara del raggio di massa del protone e della struttura del protone. L'esperimento GlueX al Jefferson Lab fornirà più dati nel prossimo futuro. Ancora più emozionante, i futuri collisori di elettroni-ioni sia negli Stati Uniti che in Cina forniranno dati sull'elettroproduzione di mesoni vettoriali di Upsilon affinché i ricercatori possano comprendere meglio queste domande.
