Ученые нашли способ «заглянуть» внутрь дейтронов, простейших атомных ядер, чтобы лучше понять «клей», который скрепляет строительные блоки материи. Ученые сталкивали фотоны (частицы света) с дейтронами, которые состоят всего из одного протона, связанного с одним нейтроном. В ходе этого процесса фотоны действуют как рентгеновский луч. Это дает ученым представление о том, как глюоны расположены внутри дейтрона. Такие столкновения также могут разорвать дейтрон на части: так физики понимают, что удерживает протон и нейтрон вместе.
В ходе нового исследования ученые из STAR Collaboration изучили существующие данные о столкновениях дейтрона с золотом на релятивистском коллайдере тяжелых ионов (Relativistic Heavy Ion Collider, RHIC), пользовательском объекте Министерства энергетики США. В RHIC исследователи могут использовать фотоны, окружающие быстро движущиеся ионы золота, для изучения роли глюонов. Изучая динамику глюонов в дейтроне, простейшем атомном ядре, ученые получают представление о том, как распределение и поведение глюонов как частиц-носителей силы меняются по мере усложнения ядер.
В столкновениях RHIC, изученных в этой работе, ученые использовали детектор STAR, чтобы отследить, сколько импульса было передано от глюонов внутри дейтрона частицам, созданным в результате этих взаимодействий. Поскольку эта передача импульса связана с тем, где глюоны расположены внутри ядра, физики использовали эти данные для составления карты распределения глюонов в дейтроне. Кроме того, каждое фотон-глюонное взаимодействие также отклоняет дейтрон, а иногда и разрывает его на части. STAR отслеживал «нейтроны-наблюдатели», которые появились в результате этого распада, чтобы узнать больше о том, как глюоны удерживают эти ядра вместе.
Изучая дейтрон, самое простое ядро в природе, ученые получают представление о более сложных атомных ядрах, которые составляют практически всю видимую материю во Вселенной. Такие исследования помогают объяснить, как ядра возникают из кварков и глюонов, и как массы ядер динамически генерируются глюонами. Дейтроны также играют важную роль в производстве энергии внутри Солнца, которое начинается с слияния двух протонов в дейтрон. Изучение дейтронов может помогает ученым понять термоядерные реакции и помогает воссоздать их здесь, на Земле, для производства чистой электроэнергии.
Понимание роли глюонов в ядерной материи будет в центре внимания Электронно-ионного коллайдера (EIC), новой установки, которая находится на стадии планирования в Брукхейвенской национальной лаборатории. EIC будет использовать фотоны, генерируемые электронами, для исследования распределения глюонов внутри протонов и ядер, а также для изучения силы, которая удерживает протоны и нейтроны вместе, образуя ядра.
