Los científicos han desarrollado una nueva forma de estudiar las formas de los núcleos atómicos y sus componentes internos. El método se basa en modelar la producción de determinadas partículas a partir de colisiones de electrones de alta energía con objetivos nucleares. Este tipo de colisiones tendrán lugar en el futuro colisionador de iones de electrones (EIC). Los hallazgos se publican en la revista Physical Review Letters. .
Estos resultados muestran que las colisiones que producen exclusivamente mesones individuales (una partícula formada por un quark y un antiquark) ofrecen información sobre la estructura a gran escala del núcleo, por ejemplo, su tamaño y forma. Esto ayudará a revelar cuánto se parece el núcleo a un cigarro o a un panqueque. Los mesones de mayor momento pueden revelar la estructura nuclear a escalas de menor longitud, incluida la disposición de quarks y gluones dentro de protones y neutrones.
Este trabajo sugiere que el estudio de los mesones producidos en las colisiones de EIC proporcionará conocimientos novedosos sobre la estructura de los núcleos atómicos. Este método es distinto de los métodos tradicionales, como la colisión de dos núcleos con una energía relativamente baja y la desactivación de un neutrón o un protón, o la excitación de núcleos en un campo electromagnético.
Estos métodos tradicionales son sensibles a la distribución de carga eléctrica dentro de los núcleos. Pero el nuevo método da una idea de la distribución de los gluones, las partículas que mantienen unidos a los quarks que forman estos bloques de construcción nucleares más grandes. Esto convierte al método en una forma más profunda de "visión de rayos X" de los átomos.
Este trabajo de teóricos del Laboratorio Nacional Brookhaven, la Universidad de Jyvaskyla en Finlandia y la Universidad Estatal de Wayne proporciona un marco teórico para estudiar la estructura nuclear en el futuro EIC. El EIC es una instalación de investigación de física nuclear de última generación que se está construyendo en Brookhaven Lab.
La investigación muestra que las colisiones EIC que producen exclusivamente mesones de un solo vector serán sensibles a la estructura detallada del objetivo nuclear. En estas colisiones, el objetivo puede permanecer intacto o romperse. Cuando se rompe, la sección transversal, que es una medida de la probabilidad de que ocurra el proceso, es sensible a las fluctuaciones del objetivo. Estos pueden ser impulsados por fluctuaciones de posición de neutrones y protones. El nuevo trabajo muestra que cuando el objetivo se deforma, estas fluctuaciones se modifican significativamente, cambiando la sección transversal medida.
Debido a que las mediciones se realizan con una energía de colisión mucho mayor que los experimentos tradicionales de estructuras nucleares, las interacciones son sensibles a las distribuciones de gluones dentro de los protones y neutrones del núcleo.
Medir las distribuciones de gluones dentro del núcleo, en lugar de la distribución de carga eléctrica, proporcionará nuevos conocimientos sobre cómo difieren estas dos distribuciones y cómo la distribución de gluones depende de la energía utilizada para realizar la medición.
Esta técnica abre una nueva dirección para la investigación en el EIC y podría conducir a información importante que complemente la información de los experimentos tradicionales de estructuras nucleares. Ayudará a los científicos a comprender cómo evolucionan las formas nucleares con la energía y proporcionará nueva información sobre la estructura nuclear que antes era inaccesible.
Más información: Heikki Mäntysaari et al, Imágenes multiescala de la deformación nuclear en el colisionador de iones de electrones, Cartas de revisión física (2023). DOI:10.1103/PhysRevLett.131.062301
Información de la revista: Cartas de revisión física
Proporcionado por el Laboratorio Nacional Brookhaven
