Gli scienziati hanno sviluppato un nuovo modo per studiare le forme dei nuclei atomici e i loro elementi costitutivi interni. Il metodo si basa sulla modellazione della produzione di determinate particelle da collisioni ad alta energia di elettroni con bersagli nucleari. Tali collisioni avranno luogo nel futuro Electron Ion Collider (EIC). I risultati sono pubblicati sulla rivista Physical Review Letters .
Questi risultati mostrano che le collisioni che producono esclusivamente singoli mesoni (una particella composta da quark e antiquark) offrono informazioni sulla struttura su larga scala del nucleo, ad esempio sulla sua dimensione e forma. Ciò aiuterà a rivelare quanto il nucleo assomigli a un sigaro o a una frittella. I mesoni con momento di moto più elevato possono rivelare la struttura nucleare su scale di lunghezza più brevi, inclusa la disposizione di quark e gluoni all'interno di protoni e neutroni.
Questo lavoro suggerisce che lo studio dei mesoni prodotti nelle collisioni EIC fornirà nuove informazioni sulla struttura dei nuclei atomici. Questo metodo è diverso dai metodi tradizionali come la collisione di due nuclei a energia relativamente bassa e l'eliminazione di un neutrone o un protone o l'eccitazione dei nuclei in un campo elettromagnetico.
Questi metodi tradizionali sono sensibili alla distribuzione della carica elettrica all'interno dei nuclei. Ma il nuovo metodo fornisce informazioni sulla distribuzione dei gluoni, le particelle che tengono insieme i quark che compongono questi blocchi nucleari più grandi. Ciò rende il metodo una forma più profonda di "visione a raggi X" per gli atomi.
Questo lavoro dei teorici del Brookhaven National Laboratory, dell’Università di Jyvaskyla in Finlandia e della Wayne State University fornisce un quadro teorico per lo studio della struttura nucleare del futuro EIC. L'EIC è una struttura di ricerca all'avanguardia in fisica nucleare in costruzione presso il Brookhaven Lab.
La ricerca mostra che le collisioni EIC che producono esclusivamente mesoni vettori singoli saranno sensibili alla struttura dettagliata del bersaglio nucleare. In queste collisioni, il bersaglio può rimanere intatto o rompersi. Quando si rompe, la sezione trasversale, che è una misura della probabilità che il processo si verifichi, è sensibile alle fluttuazioni del bersaglio. Questi possono essere guidati dalle fluttuazioni di posizione dei neutroni e dei protoni. Il nuovo lavoro mostra che quando il bersaglio viene deformato, queste fluttuazioni vengono modificate in modo significativo, modificando la sezione trasversale misurata.
Poiché le misurazioni vengono effettuate con un'energia di collisione molto più elevata rispetto ai tradizionali esperimenti sulla struttura nucleare, le interazioni sono sensibili alle distribuzioni dei gluoni all'interno dei protoni e dei neutroni del nucleo.
Misurare le distribuzioni dei gluoni all'interno del nucleo, piuttosto che la distribuzione della carica elettrica, fornirà nuove informazioni su come queste due distribuzioni differiscono e su come la distribuzione dei gluoni dipenda dall'energia utilizzata per effettuare la misurazione.
Questa tecnica apre una nuova direzione per la ricerca presso l'EIC e potrebbe portare a informazioni importanti che integrano quelle provenienti dai tradizionali esperimenti sulla struttura nucleare. Aiuterà gli scienziati a comprendere come le forme nucleari si evolvono con l'energia e fornirà nuove informazioni sulla struttura nucleare che prima erano inaccessibili.
Ulteriori informazioni: Heikki Mäntysaari et al, Imaging multiscala della deformazione nucleare al collisore elettrone-ione, Physical Review Letters (2023). DOI:10.1103/PhysRevLett.131.062301
Informazioni sul giornale: Lettere di revisione fisica
Fornito dal Brookhaven National Laboratory
