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Quanto è rigido il protone?

Quanto è rigido il protone?

Configurazione dello scattering Compton alla sorgente di raggi gamma ad alta intensità. Il cilindro centrale è il bersaglio dell’idrogeno liquido. I raggi gamma ad alta energia vengono dispersi dall’idrogeno liquido in otto grandi rivelatori che misurano l’energia dei raggi gamma. Credito: Mohammad Ahmed, North Carolina Central University e Triangle Universities Nuclear Laboratory

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 alla deformazione indotta dai campi EM. Misurando la polarizzabilità EM, gli scienziati imparano qualcosa sulla struttura interna del protone.

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

Esaminando il protone a distanza e su una scala in cui dominano le risposte EM, gli scienziati possono determinare i valori di polarizzabilità EM con alta precisione. Per fare ciò, utilizzano il quadro teorico delle teorie di campo efficaci (EFT). Gli EFT promettono di conciliare la descrizione della struttura del nucleone a basse energie con l’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 a idrogeno (un bersaglio liquido in questo caso) e 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 recentemente pubblicato in Lettere di verifica fisicaGli scienziati hanno effettuato nuove misurazioni dello scattering Compton del 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 di protoni Compton a basse energie utilizzando raggi gamma polarizzati. Lo studio alimenta la necessità di nuove misurazioni ad alta precisione presso HIGS per migliorare l’accuratezza delle determinazioni della polarizzabilità di protoni e neutroni. Queste misurazioni confermano le teorie che collegano la descrizione a bassa energia dei nucleoni alla QCD.


Limitazione delle dimensioni dei nucleoni da collisioni nucleari relativistiche


Maggiori informazioni:
X. Li et al, Scattering Proton-Compton di raggi gamma polarizzati linearmente, Lettere di verifica fisica (2022). DOI: 10.1103/PhysRevLett.128.132502

Fornito dal Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti

Citazione: Quanto è rigido il protone? (2022, 3 ottobre) Estratto il 3 ottobre 2022 da https://phys.org/news/2022-10-stiff-proton.html

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