El protón es una partícula compuesta formada por componentes básicos de quarks y gluones. Estos componentes y sus interacciones determinan la estructura del protón, incluidas sus cargas y corrientes eléctricas. Esta estructura se deforma cuando se expone a campos eléctricos y magnéticos (EM) externos, un fenómeno conocido como polarizabilidad. Las polarizabilidades EM son una medida de la rigidez frente a la deformación inducida por los campos EM. Al medir las polarizabilidades EM, los científicos aprenden sobre la estructura interna del protón.

Este conocimiento ayuda a validar la comprensión científica de cómo se forman los nucleones (protones y neutrones) al comparar los resultados con las descripciones teóricas de la dispersión de rayos gamma de los nucleones. Los científicos llaman a este proceso de dispersión dispersión de nucleones Compton.

Cuando los científicos examinan el protón a una distancia y escala donde dominan las respuestas EM, pueden determinar valores de polarizabilidad EM con alta precisión. Para ello, utilizan el marco teórico de las Teorías de Campos Efectivos (EFT). Los EFT tienen la promesa de hacer coincidir la descripción de la estructura del núcleo a bajas energías con la teoría actual de la fuerza nuclear fuerte, llamada cromodinámica cuántica (QCD). En esta investigación, los científicos validaron las EFT utilizando la dispersión Compton de protones. Este enfoque también validó el marco y la metodología que subyacen a las EFT.

La dispersión de protones Compton es el proceso mediante el cual los científicos dispersan rayos gamma polarizados circular o linealmente desde un objetivo de hidrógeno (en este caso, un objetivo líquido) y luego miden la distribución angular de los rayos gamma dispersos. Los rayos gamma de alta energía transportan campos EM lo suficientemente fuertes como para que la respuesta de las cargas y corrientes en el nucleón se vuelva significativa.

En este estudio, ahora publicado en Physical Review Letters , los científicos realizaron nuevas mediciones de la dispersión de Compton del protón en la Fuente de Rayos Gamma de Alta Intensidad (HIGS) en el Laboratorio Nuclear de las Universidades de Triangle. Este trabajo proporcionó un enfoque experimental novedoso para la dispersión Compton del protón a bajas energías utilizando rayos gamma polarizados. El estudio avanza la necesidad de nuevas mediciones de alta precisión en HIGS para mejorar la precisión de las determinaciones de polarizabilidad de protones y neutrones. Estas medidas validan las teorías que vinculan la descripción de baja energía de los nucleones con la QCD.