La teoria fornisce una visione ad alta risoluzione dei quark all’interno dei protoni

Un nuovo approccio teorico è riuscito a mappare accuratamente i quark all’interno dei protoni, rivelando differenze chiave nella distribuzione di queste particelle subatomiche. Questa scoperta potrebbe avere importanti implicazioni per la nostra comprensione delle proprietà dei protoni e della materia in generale.

I protoni sono composti da due quark up E un Quark inferiore. Recenti previsioni sulla distribuzione spaziale delle cariche, della quantità di moto e di altre proprietà dei quark all’interno dei protoni hanno rivelato differenze fondamentali tra i quark up e down.

I calcoli mostrano che i quark up sono distribuiti in modo più uniforme e coprono una distanza minore all’interno del protone rispetto ai quark down. Nei protoni polarizzati, dove il momento angolare del protone è allineato in una certa direzione, la distribuzione della quantità di moto dei quark down è particolarmente asimmetrica e distorta rispetto a quella dei quark up.

Questi risultati indicano che questi due tipi di quark contribuiscono in modo diverso alle proprietà del protone.

Un nuovo approccio teorico alla comprensione dei protoni

Gli scienziati che studiano i nuclei atomici cercano di capire come quark e gluoni – le particelle che compongono protoni e neutroni – contribuiscono alle proprietà generali del protone. I nuovi calcoli sono i primi a utilizzare un nuovo approccio teorico per ottenere una mappa ad alta risoluzione dei quark nel protone.

Le previsioni forniscono informazioni su come gli elementi costitutivi interni contribuiscono alle proprietà del protone, come lo spin. I medici usano lo spin dei protoni ogni giorno nella risonanza magnetica, ma le sue origini rimangono misteriose. I calcoli risultanti da questo nuovo approccio teorico aiuteranno anche a spiegare i dati degli esperimenti di fisica nucleare.

Esperimenti per esplorare la struttura dei protoni

Gli esperimenti che esplorano la struttura dei protoni vengono condotti presso l’acceleratore a fascio di elettroni continuo e sono programmati per essere eseguiti presso il futuro collisore di elettroni-ioni in Laboratorio nazionale di Brookhaven.

In questi esperimenti, gli elettroni ad alta energia emettono fotoni virtuali che disperdono e modificano la quantità di moto totale del protone. La dispersione offre agli scienziati l’accesso alla distribuzione generalizzata dei partoni (GPD): come la quantità di moto, l’energia e altre proprietà dei quark e dei gluoni sono distribuiti all’interno di un protone. È come una tecnica di imaging a raggi X per gli elementi costitutivi della materia sfusa. I modelli teorici forniscono una base per analizzare e prevedere i risultati di questi esperimenti.

Sintetico

In breve, una collaborazione tra teorici nucleari del Brookhaven National Laboratory, dell’Argonne National Laboratory, della Temple University, dell’Università Adam Mickiewicz in Polonia e dell’Università di Bonn in Germania ha utilizzato una nuova teoria di formalizzazione per calcolare il GPD.

Il loro approccio ha consentito la simulazione di un gran numero di queste interazioni di dispersione per produrre mappe dettagliate della distribuzione della quantità di moto e della carica e di altre proprietà dei quark up e down all’interno dei protoni non polarizzati e polarizzati. I risultati mostrano differenze fondamentali tra i quark up e down e indicano che i due tipi di quark contribuiscono in modo diverso alle proprietà dei protoni.

Per una migliore comprensione

Cos’è un protone?

Un protone è una particella subatomica che si trova nel nucleo di tutti gli atomi. È formato da due quark up e un quark down.

Cos’è lo spin del protone?

Lo spin di un protone è il momento angolare intrinseco. Viene utilizzato quotidianamente nella risonanza magnetica, ma le sue origini rimangono un mistero.

Qual è la distribuzione parziale generalizzata (GPD)?

Il GPD è una misura di come la quantità di moto, l’energia e altre proprietà dei quark e dei gluoni sono distribuiti all’interno di un protone.

Cosa porta un nuovo approccio teorico alla comprensione dei protoni

Il nuovo approccio teorico ha prodotto una mappa ad alta risoluzione dei quark nel protone, rivelando differenze chiave nella distribuzione di queste particelle subatomiche.

Quali sono le implicazioni di questi risultati?

Questi risultati potrebbero avere importanti implicazioni per la nostra comprensione delle proprietà dei protoni e della materia in generale.

Lezioni chiave

Riferimenti

Spiegazione dell’illustrazione principale: una vista dell’interno di un protone che si muove quasi alla velocità della luce verso l’osservatore e con la direzione della sua rotazione orizzontale, mostrando variazioni nella distribuzione spaziale dei quark up (sinistra) e down (destra) slancio: il bianco è alto, il viola è basso. Credito: immagine per gentile concessione del Brookhaven National Laboratory

Articolo: “Momenti di GPD protonici dall’OPE delle linee di doppi quark non locali fino a NNLO” – DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevD.108.014507

[ Rédaction ]