Hvor stiv er protonen?

Protonen er en sammensat partikel, der består af grundlæggende byggesten af ​​kvarker og gluoner. Disse komponenter og deres interaktioner bestemmer protonens struktur, herunder dens elektriske ladninger og strømme. Denne struktur deformeres, når den udsættes for eksterne elektriske og magnetiske (EM) felter, et fænomen kendt som polariserbarhed. EM-polariserbarhederne er et mål for stivheden mod deformationen induceret af EM-felter. Ved at måle EM-polariserbarhederne lærer forskerne om protonens indre struktur.

Denne viden hjælper med at validere videnskabelig forståelse af, hvordan nukleoner (protoner og neutroner) dannes ved at sammenligne resultaterne med teoretiske beskrivelser af gammastrålespredning fra nukleoner. Forskere kalder denne spredningsproces nukleon Compton spredning.

Når videnskabsmænd undersøger protonen i en afstand og skala, hvor EM-responser dominerer, kan de bestemme værdier af EM-polariserbarhed med høj præcision. For at gøre det bruger de den teoretiske ramme for effektive feltteorier (EFT'er). EFT'erne har løftet om at matche beskrivelsen af ​​nukleonstrukturen ved lave energier til den nuværende teori om den stærke kernekraft, kaldet kvantekromodynamik (QCD). I denne forskning validerede forskere EFT'er ved hjælp af proton Compton-spredning. Denne tilgang validerede også den ramme og metodologi, der ligger til grund for EFT'er.

Proton Compton spredning er den proces, hvorved forskere spreder cirkulært eller lineært polariserede gammastråler fra et brintmål (i dette tilfælde et flydende mål), og måler derefter vinkelfordelingen af ​​de spredte gammastråler. Højenergiske gammastråler bærer stærke nok EM-felter til, at responsen af ​​ladningerne og strømmene i nukleonet bliver signifikant.

I denne undersøgelse, nu offentliggjort i Physical Review Letters , udførte forskere nye målinger af Compton-spredning fra protonen ved High Intensity Gamma Ray Source (HIGS) ved Triangle Universities Nuclear Laboratory. Dette arbejde gav en ny eksperimentel tilgang til Compton-spredning fra protonen ved lave energier ved hjælp af polariserede gammastråler. Undersøgelsen fremmer behovet for nye højpræcisionsmålinger ved HIGS for at forbedre nøjagtigheden af ​​proton- og neutronpolarisationsbestemmelser. Disse målinger validerer de teorier, der forbinder lavenergibeskrivelsen af ​​nukleoner med QCD.