Il protone è una particella composita composta da elementi costitutivi fondamentali di quark e gluoni. Questi componenti e le loro interazioni determinano la struttura del protone, comprese le sue cariche elettriche e correnti. Questa struttura si deforma se esposta a campi elettrici e magnetici (EM) esterni, un fenomeno noto come polarizzabilità. Le polarizzabilità EM sono una misura della rigidità rispetto alla deformazione indotta dai campi EM. Misurando le polarizzabilità EM, gli scienziati apprendono la struttura interna del protone.

Questa conoscenza aiuta a convalidare la comprensione scientifica di come si formano i nucleoni (protoni e neutroni) confrontando i risultati con le descrizioni teoriche della dispersione dei raggi gamma dai nucleoni. Gli scienziati chiamano questo processo di scattering nucleone scattering Compton.

Quando gli scienziati esaminano il protone a distanza e scala in cui predominano le risposte EM, possono determinare i valori delle polarizzabilità EM con alta precisione. Per fare ciò, usano la struttura teorica delle teorie del campo efficace (EFT). Gli EFT mantengono la promessa di abbinare la descrizione della struttura del nucleone a basse energie all'attuale teoria della forza nucleare forte, chiamata cromodinamica quantistica (QCD). In questa ricerca, gli scienziati hanno convalidato gli EFT utilizzando lo scattering di protoni Compton. Questo approccio ha anche convalidato il quadro e la metodologia alla base degli EFT.

Lo scattering di protoni Compton è il processo mediante il quale gli scienziati diffondono raggi gamma polarizzati circolarmente o linearmente da un bersaglio di idrogeno (in questo caso, un bersaglio liquido), quindi misurano la distribuzione angolare dei raggi gamma diffusi. I raggi gamma ad alta energia trasportano campi EM abbastanza forti da rendere significativa la risposta delle cariche e delle correnti nel nucleone.

In questo studio, ora pubblicato in Lettere di revisione fisica , gli scienziati hanno eseguito nuove misurazioni dello scattering Compton dal protone presso la sorgente di raggi gamma ad alta intensità (HIGS) presso il Triangle Universities Nuclear Laboratory. Questo lavoro ha fornito un nuovo approccio sperimentale per lo scattering Compton dal protone a basse energie utilizzando raggi gamma polarizzati. Lo studio fa avanzare la necessità di nuove misurazioni ad alta precisione presso HIGS per migliorare l'accuratezza delle determinazioni della polarizzabilità di protoni e neutroni. Queste misurazioni convalidano le teorie che collegano la descrizione a bassa energia dei nucleoni alla QCD.