Compton-spridningsinställning vid högintensiv gammastrålekälla. Den centrala cylindern är målet för flytande väte. Högenergigammastrålar sprids från det flytande vätet till åtta stora detektorer som mäter gammastrålningens energi. Kredit:Mohammad Ahmed, North Carolina Central University och Triangle Universities Nuclear Laboratory
Protonen är en sammansatt partikel som består av grundläggande byggstenar av kvarkar och gluoner. Dessa komponenter och deras interaktioner bestämmer protonens struktur, inklusive dess elektriska laddningar och strömmar. Denna struktur deformeras när den utsätts för externa elektriska och magnetiska (EM) fält, ett fenomen som kallas polariserbarhet. EM-polariserbarheten är ett mått på styvheten mot deformationen som induceras av EM-fält. Genom att mäta EM-polariserbarheten lär sig forskare om protonens inre struktur.
Denna kunskap hjälper till att validera vetenskaplig förståelse av hur nukleoner (protoner och neutroner) bildas genom att jämföra resultaten med teoretiska beskrivningar av gammastrålningsspridning från nukleoner. Forskare kallar denna spridningsprocess nukleon för Compton-spridning.
När forskare undersöker protonen på ett avstånd och en skala där EM-svar dominerar, kan de bestämma värden på EM-polariserbarhet med hög precision. För att göra det använder de den teoretiska ramen för effektiva fältteorier (EFT). EFT har löftet att matcha beskrivningen av nukleonstrukturen vid låga energier med den nuvarande teorin om den starka kärnkraften, kallad kvantkromodynamik (QCD). I denna forskning validerade forskare EFT med hjälp av proton Compton-spridning. Detta tillvägagångssätt validerade också det ramverk och den metod som ligger till grund för EFT.
Proton Compton-spridning är den process genom vilken forskare sprider cirkulärt eller linjärt polariserade gammastrålar från ett vätemål (i det här fallet ett vätskemål) och sedan mäter vinkelfördelningen av de spridda gammastrålarna. Högenergetiska gammastrålar bär tillräckligt starka EM-fält för att svaret från laddningarna och strömmarna i nukleonen blir betydande.
I denna studie, nu publicerad i Physical Review Letters , forskare utförde nya mätningar av Compton-spridning från protonen vid High Intensity Gamma Ray Source (HIGS) vid Triangle Universities Nuclear Laboratory. Detta arbete gav ett nytt experimentellt tillvägagångssätt för Compton-spridning från protonen vid låga energier med hjälp av polariserade gammastrålar. Studien främjar behovet av nya högprecisionsmätningar vid HIGS för att förbättra noggrannheten i proton- och neutronpolarisationsbestämningar. Dessa mätningar validerar teorierna som kopplar lågenergibeskrivningen av nukleoner till QCD.
