CERN: Ευρωπαϊκος Οργανισμος Στοιχειωδών Σωματιδίων

[Δροσος Γεωργιος]

Μέσα στα πρωτόνια.

H διερεύνηση της εσωτερικής δομής των δεσμευμένων πρωτονίων σε πυρήνες, μελετώντας τα βραχύβια σωματίδια που δημιουργούνται όταν φωτόνια υψηλής ενέργειας βομβαρδίζουν πυρήνες.Πώς επηρεάζονται τα συστατικά ενός πρωτονίου – κουάρκ και γλοιόνια – από το περιβάλλον τους όταν το πρωτόνιο είναι δεσμευμένο σε έναν πυρήνα; Φυσικοί από το MIT διερεύνησαν αυτό το θεμελιώδες και ανοιχτό ερώτημα εκτοξεύοντας δέσμες φωτονίων υψηλής ενέργειας σε διάφορους πυρήνες και αναλύοντας τα εκπεμπόμενα σωματίδια. Τα νέα αποτελέσματα δίνουν τις ισχυρότερες μέχρι στιγμής ενδείξεις ότι η κατανομή των γλοιονίων στα δεσμευμένα πρωτόνια διαφέρει από αυτήν στα ελεύθερα πρωτόνια.Οι ερευνητές επικεντρώθηκαν σε μια διαδικασία κατά την οποία ένα φωτόνιο χτυπά ένα πρωτόνιο σε έναν πυρήνα με αρκετή ενέργεια για να εκτοξεύσει το πρωτόνιο. Η αλληλεπίδραση παράγει επίσης ένα J/ψ σωματίδιο – μια δεσμευμένη κατάσταση ενός γοητευτικού κουάρκ και ενός γοητευτικού αντικουάρκ – που διασπάται γρήγορα σε ένα ηλεκτρόνιο και ένα ποζιτρόνιο. Για ένα ελεύθερο πρωτόνιο, η αντίστοιχη αλληλεπίδραση θα απαιτούσε η ενέργεια του εισερχόμενου φωτονίου να υπερβαίνει τα 8,2 γιγαηλεκτρονιοβολτ (GeV). Αλλά για ένα δεσμευμένο πρωτόνιο, η διαδικασία μπορεί μερικές φορές να συμβεί σε ενέργειες κάτω από αυτό το όριο. Τέτοιες αλληλεπιδράσεις κάτω από το όριο είναι ιδιαίτερα ευαίσθητες στην κατανομή των γλοιονίων στα δεσμευμένα σε πυρήνες πρωτόνια.Οι ερευνητές εκτόξευαν σχετικιστικά ηλεκτρόνια προς έναν στόχο διαμαντιού για να παράγουν φωτόνια με ενέργειες από 7 έως 10,8 GeV. Αυτά τα φωτόνια στη συνέχεια συγκρούονταν με πυρήνες δευτερίου, ηλίου και άνθρακα για να παράγουν σωματίδια J/ψ σωματίδια, των οποίων τα προϊόντα διάσπασης ανίχνευσαν οι ερευνητές. Συγκρίνοντας τις μετρήσεις με διάφορα μοντέλα πυρηνικής φυσικής, η ομάδα συμπέρανε ότι τα δεσμευμένα πρωτόνια έχουν πυκνότερη ή πιο συμπαγή δομή γλοιονίων. Για να αναλύσουν τα δεδομένα τους, οι ερευνητές εισήγαγαν νέες μεθόδους, οι οποίες θα είναι χρήσιμες για μελλοντικές μετρήσεις του σωματιδίου J/ψ στον επερχόμενο Επιταχυντή Ηλεκτρονίων-Ιόντων στο Εθνικό Εργαστήριο Brookhaven στη Νέα Υόρκη και σε άλλες εγκαταστάσεις.

πηγή: Ryan Wilkinson, ‘Peering into Protons’ – https://physics.aps.org/articles/v18/s61