Forskare har hittat ett sätt att "se" inuti deuteroner, de enklaste atomkärnorna, för att bättre förstå "limmet" som håller ihop materiens byggstenar. De nya resultaten kommer från kollisioner av fotoner (ljuspartiklar) med deuteroner, som är gjorda av bara en proton bunden till en neutron. I dessa kollisioner fungerar fotonerna som en röntgenstråle för att ge den första glimten av hur partiklar som kallas gluoner är ordnade i deuteronet. Dessa kollisioner kan också bryta isär deuteronet, vilket ger insikter om vad som håller ihop protonen och neutronen.

Genom att studera deuteron, den enklaste kärnan i naturen, får forskare en förståelse för de mer komplexa atomkärnor som utgör i stort sett all synlig materia i universum. Denna forskning om deuteroner hjälper till att förklara hur kärnor uppstår från kvarkar och gluoner, och hur massorna av kärnor genereras dynamiskt av gluoner. Deuteroner spelar också en viktig roll i energiproduktionen inuti solen, som börjar med att två protoner smälter samman till en deuteron. Att studera deuteroner kan hjälpa forskare att bättre förstå fusionsreaktioner. Detta kan leda till strategier för att utnyttja fusionskraft för att göra elektricitet på jorden.

I detta arbete tittade forskare från STAR Collaboration på befintliga data från deuteron-guldkollisioner vid Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC), en användaranläggning för Department of Energy (DOE). Vid RHIC kan forskare använda fotoner som omger snabbrörliga guldjoner för att undersöka gluonernas roll. Genom att studera gluondynamik i deuteronet, den enklaste atomkärnan, får forskare förståelse för hur fördelningen och beteendet hos gluoner, som kraftbärarpartiklar, förändras när kärnorna blir mer komplexa. I de RHIC-kollisioner som studerades i detta arbete använde forskare STAR-detektorn för att spåra hur mycket momentum som överfördes från gluoner i deuteronet till partiklar som skapades i dessa interaktioner. Eftersom den momentumöverföringen relaterar till var gluonerna är belägna inuti kärnan, använde forskarna data för att kartlägga gluonfördelningen i deuteronet. Dessutom avleder varje foton-gluon-interaktion också deuteronet - och bryter ibland isär det. STAR spårade "åskådarneutroner" som kom från denna upplösning för att lära sig mer om hur gluoner håller ihop dessa kärnor.

Att förstå gluonernas roll i kärnämne kommer att vara i fokus för EIC (Electron-Ion Collider), en ny anläggning som är i planeringsstadiet vid Brookhaven National Laboratory. EIC kommer att använda fotoner som genereras av elektroner för att undersöka gluonfördelningar inuti protoner och kärnor, och för att studera kraften som håller ihop protoner och neutroner för att bilda kärnor. + Utforska vidare

Fysiker "lyser" ljus på inre detaljer och uppdelning av enkel kärna