Пролит свет на внутренние детали и распад дейтронов
Ученые нашли способ «заглянуть» внутрь дейтронов, простейших атомных ядер, чтобы лучше понять «клей», скрепляющий строительные блоки материи. Новые результаты получены в результате столкновений фотонов (частиц света) с дейтронами, состоящими всего из одного протона, связанного с одним нейтроном. В этих столкновениях фотоны действуют как рентгеновский луч, чтобы дать первое представление о том, как частицы, называемые глюонами, расположены внутри дейтрона. Эти столкновения также могут разбить дейтрон на части, давая представление о том, что удерживает вместе протон и нейтрон.
При ультрапериферических столкновениях между ионами золота (Au) и дейтронами (d) фотоны (γ), окружающие быстро движущиеся ионы, взаимодействуют с глюонами (желтыми клубками), выявляя их распределение внутри дейтрона. Предоставлено: Брукхейвенская национальная лаборатория.
Изучая дейтрон, простейшее ядро в природе, ученые получают представление о более сложных атомных ядрах, из которых состоит практически вся видимая материя во Вселенной. Это исследование дейтронов помогает объяснить, как ядра возникают из кварков и глюонов и как массы ядер динамически генерируются глюонами. Дейтроны также играют важную роль в производстве энергии внутри Солнца, которое начинается с слияния двух протонов в дейтрон. Изучение дейтронов может помочь ученым лучше понять реакции синтеза. Это может привести к стратегиям использования термоядерной энергии для производства электричества на Земле.
В этой работе ученые из STAR Collaboration изучили существующие данные о столкновениях дейтрона с золотом на релятивистском коллайдере тяжелых ионов (RHIC), пользовательском объекте Министерства энергетики (DOE). В RHIC исследователи могут использовать фотоны, окружающие быстро движущиеся ионы золота, для изучения роли глюонов. Изучая динамику глюонов в дейтроне, простейшем атомном ядре, ученые понимают, как распределение и поведение глюонов, как частиц-носителей взаимодействия, меняются по мере того, как ядра становятся более сложными. В столкновениях RHIC, изучаемых в этой работе, ученые использовали детектор STAR, чтобы отслеживать, какой импульс передается от глюонов внутри дейтрона частицам, созданным в этих взаимодействиях. Поскольку передача импульса связана с расположением глюонов внутри ядра, ученые использовали данные, чтобы составить карту распределения глюонов в дейтроне. Кроме того, каждое фотон-глюонное взаимодействие также отклоняет дейтрон, а иногда и разбивает его на части. STAR отследил «нейтроны-наблюдатели», возникшие в результате этого распада, чтобы узнать больше о том, как глюоны удерживают эти ядра вместе.
Понимание роли глюонов в ядерной материи будет находиться в центре внимания электронно-ионного коллайдера (EIC), нового объекта, который находится на стадии планирования в Брукхейвенской национальной лаборатории. EIC будет использовать фотоны, генерируемые электронами, для исследования распределения глюонов внутри протонов и ядер, а также для изучения силы, которая удерживает протоны и нейтроны вместе, образуя ядра.
