En aplastamientos protón-protón, más neutrones se dispersan hacia la derecha que hacia la izquierda en relación con la dirección de giro del protón. Esa fue la sabiduría aceptada, y los científicos pensaron que el patrón se mantendría incluso cuando los protones chocaran contra núcleos más grandes. Una nueva investigación minuciosa muestra que ese no es el caso. Los científicos analizaron las colisiones de protones giratorios con núcleos atómicos de diferentes tamaños en el detector PHENIX en el Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC). Descubrieron que el aumento del tamaño del "objetivo" del núcleo provocaba que los neutrones que se dispersaban por estas colisiones cambiaran su "preferencia" direccional de derecha a izquierda. Los resultados sugieren que los mecanismos que producen los neutrones dispersos difieren según el tamaño del objetivo.

Comprender cómo se producen las partículas en las colisiones nucleares podría tener grandes implicaciones para interpretar otras colisiones de partículas de alta energía. La información de estas colisiones ofrece información sobre la naturaleza y las fuerzas que gobiernan la materia, que construye el mundo que nos rodea, desde diminutas células vivas hasta gigantescas estrellas. Más lejos, este nuevo resultado se suma a la desconcertante historia de lo que causa el cambio en la dirección de dispersión en primer lugar. Estos y otros resultados de las colisiones de protones polarizados de RHIC contribuirán eventualmente a responder esta pregunta.

Cuando los físicos del RHIC chocaron por primera vez protones de espín alineado con núcleos de oro mucho más grandes en 2015, esperaban ver neutrones emergiendo a lo largo de la trayectoria del proyectil de protones ligeramente sesgado hacia la derecha como lo habían hecho en anteriores colisiones protón-protón. Pero en vez, observaron una preferencia direccional mucho mayor hacia la izquierda en lugar de hacia la derecha. Llevaron a cabo una revisión minuciosa de su análisis y realizaron simulaciones de detectores para asegurarse de que no solo estaban viendo un artefacto del detector o un efecto de la forma en que se alinearon los haces en colisión. Luego trabajaron con los físicos del acelerador de RHIC para repetir el experimento bajo condiciones aún más controladas e incluyeron mediciones con núcleos de aluminio de tamaño intermedio. Estos hallazgos revelaron que la preferencia direccional de los neutrones era real y hacia la derecha en las colisiones protón-protón. casi cero (es decir, sin preferencia) en las colisiones protón-aluminio, y muy fuerte y hacia la izquierda en los aplastamientos de protones y oro.

Para comprender los hallazgos, los científicos tuvieron que observar más de cerca los procesos y fuerzas que afectan a las partículas dispersas. Sus análisis sugieren que la carga eléctrica positiva muy grande en el núcleo de oro, con 79 protones cargados positivamente, resulta en fuertes interacciones electromagnéticas que juegan un papel mucho más importante en la producción de partículas que en el caso de dos pequeños, protones igualmente cargados chocan. En esas colisiones protón-protón, se impulsa la preferencia direccional opuesta, en lugar de, por interacciones entre los quarks y gluones internos de las partículas, gobernado por la fuerte fuerza nuclear. Los científicos continuarán analizando sus datos de los experimentos de 2015 de diferentes maneras para ver cómo el efecto depende de otras variables. como el impulso de las partículas en varias direcciones. También analizarán cómo se ven afectadas las preferencias de partículas distintas de los neutrones y trabajarán con los teóricos para comprender mejor sus resultados y el origen de las asimetrías de espín transversal en las colisiones protón-protón y protón-núcleo.