I proton-proton smashups, fler neutroner sprider sig till höger än till vänster i förhållande till protonens spinnriktning. Det var den accepterade visdomen, och forskare trodde att mönstret skulle hålla även när protonerna träffade större kärnor. Noggrann ny forskning visar att så inte är fallet. Forskare analyserade kollisioner av snurrande protoner med olika stora atomkärnor vid PHENIX-detektorn vid Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC). De fann att en ökning av storleken på kärnans "mål" fick neutroner som spreds från dessa kollisioner att ändra sin riktnings "preferens" från höger till vänster. Resultaten tyder på att mekanismerna som producerar de spridda neutronerna skiljer sig åt beroende på storleken på målet.

Att förstå hur partiklar produceras i kärnkraftskollisioner kan ha stora konsekvenser för tolkningen av andra högenergipartikelkollisioner. Information från dessa kollisioner ger insikter om naturen hos och krafter som styr materien, som bygger världen omkring oss, från små levande celler till gigantiska stjärnor. Ytterligare, detta nya resultat bidrar till den förbryllande historien om vad som orsakar förändringen i spridningsriktningen i första hand. Dessa och andra resultat från RHIC:s polariserade protonkollisioner kommer så småningom att bidra till att svara på denna fråga.

När RHIC-fysiker först kolliderade spinnjusterade protoner med mycket större guldkärnor 2015, de förväntade sig att se neutroner dyka upp längs protonprojektilens bana snedställda något åt ​​höger som de hade gjort vid tidigare proton-protonkollisioner. Men istället, de observerade en mycket större riktningspreferens åt vänster istället för höger. De gjorde en noggrann granskning av sin analys och utförde detektorsimuleringar för att vara säkra på att de inte bara såg en detektorartefakt eller en effekt av hur de kolliderande strålarna var inriktade. Sedan arbetade de med RHIC:s acceleratorfysiker för att upprepa experimentet under ännu mer exakt kontrollerade förhållanden och inkluderade mätningar med medelstora aluminiumkärnor. Dessa fynd avslöjade att neutronernas riktningspreferens var verklig och åt höger vid proton-protonkollisioner, nästan noll (vilket betyder ingen preferens) i proton-aluminiumkollisioner, och mycket stark och åt vänster i proton-guld smashups.

För att förstå resultaten, forskarna var tvungna att titta närmare på de processer och krafter som påverkar de spridande partiklarna. Deras analyser tyder på att den mycket stora positiva elektriska laddningen på guldkärnan, med 79 positivt laddade protoner, resulterar i starka elektromagnetiska interaktioner som spelar en mycket viktigare roll i partikelproduktionen än de gör i fallet när två små, lika laddade protoner kolliderar. I dessa proton-protonkollisioner, den motsatta riktningspreferensen drivs, istället, genom interaktioner mellan partiklarnas inre kvarkar och gluoner, styrs av den starka kärnkraften. Forskarna kommer att fortsätta att analysera sina data från 2015 års experiment på olika sätt för att se hur effekten beror på andra variabler, såsom partiklarnas rörelsemängd i olika riktningar. De kommer också att titta på hur preferenser för andra partiklar än neutroner påverkas och arbeta med teoretiker för att bättre förstå deras resultat och ursprunget till transversella spinnasymmetrier i proton-proton- och proton-kärnakollisioner.