En modell som antar mindre protoner &neutroner &ett "klumpigare" arrangemang av dessa byggstenar (vänster) passar experimentella data om den initiala energitätheten i tunga jonkollisioner bättre än en modell med större protoner, neutroner och jämnare struktur (höger). Kredit:Brookhaven National Laboratory
Det kan vara svårt att föreställa sig att skräpet från våldsamma tunga jonkollisioner – som löser upp gränserna för protoner och neutroner och producerar tusentals nya partiklar – kan användas för att få detaljerad inblick i nukleonernas egenskaper. Nya framsteg inom experimentella metoder tillsammans med förbättrad teoretisk modellering har dock gjort det möjligt. Baserat på en toppmodern modell för de kolliderande kärnorna och den hydrodynamiska utvecklingen av kvarg-gluonplasman som producerades vid kollisionen, en nyligen publicerad Physical Review Letters studie visar att specifika observerbara ämnen är mycket känsliga för storleken på protonerna och neutronerna inuti de kolliderande kärnorna.
Jämförelse av modellen med data från experiment indikerar också att gluonfördelningen inuti protoner och neutroner är ganska klumpig - inte så jämn och sfärisk som modellerad med naiva antaganden. Aktuella och framtida mätningar med kollisioner av olika kärnor vid Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC), en Department of Energy (DOE) användaranläggning vid Brookhaven National Laboratory och Large Hadron Collider (LHC) vid CERN, tillsammans med ett sofistikerat teoretiskt program , kommer att ge mer detaljerad inblick i gluonfördelningen inuti protoner och neutroner, i och utanför tunga kärnor, och hur den beter sig med förändrad kollisionsenergi. Denna fundamentalt viktiga information kommer att utforskas med ännu högre precision vid Electron-Ion Collider som ska byggas i Brookhaven.
Atomernas kärnor är uppbyggda av protoner och neutroner, gemensamt kallade nukleoner. Nukleoner består i sin tur av kvarkar och gluoner. Att förstå hur dessa inre byggstenar är fördelade inom kärnor kan avslöja hur stora protoner och neutroner uppträder när de undersöks med hög energi. Detta arbete använde jämförelser mellan modellberäkningar och nya precisionsdata från kollisioner av tunga joner (som innehåller många protoner och neutroner) för att komma åt fördelningen av gluoner och förutsäga protonens storlek.
Att identifiera och exakt mäta faktorer som är känsliga för nukleonstorlek kommer att hjälpa fysiker att mer exakt beskriva kvark-gluonplasman (QGP). Detta är en het, tät form av kärnämne som skapas när enskilda protoner och neutroner "smälter" i kraftiga jonkollisioner, vilket efterliknar förhållandena i det tidiga universum. Denna kunskap kan eliminera betydande osäkerheter om det ursprungliga tillståndet för den producerade QGP. Att veta mer om det initiala tillståndet för QGP ger input till modellberäkningarna som forskare använder för att sluta sig till viskositeten och andra egenskaper hos QGP. Resultaten bidrar också till mätningar av protonstorlek baserat på fördelningen av kvarkar inuti protonen. + Utforska vidare
