Установка комптоновского рассеяния на источнике гамма-излучения высокой интенсивности. Центральный цилиндр представляет собой мишень из жидкого водорода. Гамма-лучи высокой энергии рассеиваются жидким водородом на восьми больших детекторах, которые измеряют энергию гамма-лучей. Авторы и права: Мохаммад Ахмед, Центральный университет Северной Каролины и ядерная лаборатория Университетов Треугольника.

Протон — это составная частица, состоящая из фундаментальных строительных блоков кварков и глюонов. Эти компоненты и их взаимодействия определяют структуру протона, включая его электрические заряды и токи. Эта структура деформируется под воздействием внешних электрических и магнитных (ЭМ) полей — явление, известное как поляризуемость. Поляризуемость ЭМ является мерой жесткости по отношению к деформации, вызванной электромагнитными полями. Измеряя поляризуемость ЭМ, ученые узнают о внутренней структуре протона.

Это знание помогает подтвердить научное понимание того, как образуются нуклоны (протоны и нейтроны), путем сравнения результатов с теоретическими описаниями рассеяния гамма-излучения нуклонами. Ученые называют этот процесс рассеяния нуклонов комптоновским рассеянием.

Когда ученые исследуют протон на расстоянии и масштабируют, где преобладают электромагнитные отклики, они могут с высокой точностью определять значения электромагнитных поляризуемости. Для этого они используют теоретическую основу теории эффективного поля (EFT). ТЭО обещают согласовать описание структуры нуклонов при низких энергиях с современной теорией сильного ядерного взаимодействия, называемой квантовой хромодинамикой (КХД). В этом исследовании ученые проверили EFT, используя протонное комптоновское рассеяние. Этот подход также подтвердил основу и методологию, лежащие в основе EFT.

Протонное комптоновское рассеяние — это процесс, при котором ученые рассеивают гамма-лучи с круговой или линейной поляризацией от водородной мишени (в данном случае — жидкой мишени), а затем измеряют угловое распределение рассеянных гамма-лучей. Гамма-лучи высокой энергии несут достаточно сильные электромагнитные поля, поэтому отклик зарядов и токов в нуклоне становится значительным.

В этом исследовании, опубликованном в журнале Physical Review Letters, ученые провели новые измерения комптоновского рассеяния на протоне на источнике гамма-излучения высокой интенсивности (HIGS) в ядерной лаборатории Triangle Universities. Эта работа представила новый экспериментальный подход к комптоновскому рассеянию протона при низких энергиях с использованием поляризованных гамма- лучей. Исследование подтверждает необходимость новых высокоточных измерений в HIGS для повышения точности определения поляризуемости протонов и нейтронов. Эти измерения подтверждают теории, связывающие низкоэнергетическое описание нуклонов с КХД.