Läkare har länge använt CT-skanningar för att få 3D-bilder av människokroppens inre funktioner. Nu, fysiker arbetar för att få sina första CT -skanningar av kärnans inre funktioner. En mätning av kvarker i heliumkärnor visar att 3D-avbildning av kärnans inre struktur nu är möjlig.

Nathan Baltzell är postdoktor vid Institutionen för energis Thomas Jefferson National Accelerator Facility i Newport News, Va. Han säger att denna framgångsrika mätning är ett av de första stegen mot avbildningskärnor på ett nytt sätt.

"Det är en principfast mätning som öppnar ett nytt fält-avbildning av kärnkraftsstruktur i tre dimensioner med GPD-tomografi, " han säger.

Han förklarar att GPD, eller generaliserade partondistributioner, ge en ram som, i kombination med experimentella resultat, tillåter kärnfysiker att slutföra en 3D-rendering av byggstenarna för subatomära partiklar, som protonen, neutron, och nu, även kärnan.

GPD tillämpas redan på 3D-avbildningsstudier av protoner och neutroner vid Jefferson Lab. Dessa studier hjälper forskare att förstå hur kvarker och gluoner bygger protoner och neutroner. Nu, Baltzell och hans kollegor vill öppna ett nytt fönster i kärnans struktur genom att utvidga denna GPD -tomografiteknik till kärnor.

"Vi har gjort den här typen av studier av kvarker och gluoner inuti protoner och neutroner ett bra tag, "säger han." Men i en kärna, där du har flera neutroner och protoner tillsammans ... Vi vet inte riktigt hur beteendet hos kvarker och gluoner förändras och hur de rör sig på olika sätt när du sätter dem i en kärna. "

Experimentet genomfördes 2009 vid Jefferson Labs Continuous Electron Beam Accelerator Facility, en DOE Office of Science User Facility. I det, elektroner strålades in i kärnorna i helium-4-atomer.

"Vi började med helium-4 som vårt principiella bevis för denna studie, "Baltzell säger." Vi valde helium-4 eftersom det är en ljuskärna, relativt tät, och spinless. Dessa egenskaper gör det experimentellt attraktivt och den teoretiska tolkningen mycket enklare. "

Experimentörerna var intresserade av de ungefär 3, 200 händelser som de spelade in av elektronerna som interagerar med enskilda kvarker inuti kärnorna. För var och en av dessa händelser, den utgående elektronen, heliumkärnan och en foton som avgivits av den individuella kvarken registrerades alla.

"För att göra en exakt mätning så här, du vill mäta allt som kommer ut. Detta är första gången vi mäter alla partiklar i slutläget, "Tillägger Baltzell.

Resultatet av experimentet publicerades i höstas Fysiska granskningsbrev .

Nu när forskarna har visat att denna teknik är genomförbar, samarbetet tar nästa steg för att fortsätta dessa studier med de nya möjligheterna som den uppgraderade acceleratorn och experimentella utrustningen vid Jefferson Lab erbjuder. Ett nytt experiment har redan planerats för att påbörja den långa processen med att faktiskt komponera den 3-D-bilden av den interna kvark-gluonstrukturen i helium-4-kärnan.