Restricción del tamaño del nucleón con colisiones nucleares relativistas

Puede ser difícil imaginar que los restos de violentas colisiones de iones pesados, que disuelven los límites de protones y neutrones y producen miles de partículas nuevas, se pueden utilizar para obtener información detallada sobre las propiedades de los nucleones. Sin embargo, los nuevos avances en los métodos experimentales junto con la mejora del modelado teórico lo han hecho posible. Basado en un modelo de última generación para los núcleos en colisión y la evolución hidrodinámica del plasma de quarks-gluones producido en la colisión, un estudio reciente Cartas de revisión física El estudio demuestra que los observables específicos son muy sensibles al tamaño de los protones y neutrones dentro de los núcleos en colisión.

La comparación del modelo con los datos de los experimentos también indica que la distribución de gluones dentro de los protones y los neutrones es bastante irregular, no tan suave y esférica como se modeló utilizando suposiciones ingenuas. Mediciones actuales y futuras usando colisiones de diferentes núcleos en el Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC), una instalación de usuarios del Departamento de Energía (DOE) en el Laboratorio Nacional de Brookhaven, y el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) en el CERN, junto con un sofisticado programa teórico , proporcionará una visión más detallada de la distribución de gluones dentro de los protones y neutrones, dentro y fuera de los núcleos pesados, y cómo se comporta con la energía de colisión cambiante. Esta información de importancia fundamental se explorará con una precisión aún mayor en el Colisionador de iones de electrones que se construirá en Brookhaven.

Los núcleos de los átomos están formados por protones y neutrones, denominados colectivamente nucleones. Los nucleones, a su vez, están formados por quarks y gluones. Comprender cómo se distribuyen esos bloques de construcción internos dentro de los núcleos puede revelar qué tan grandes aparecen los protones y neutrones cuando se prueban a alta energía. Este trabajo utilizó comparaciones entre cálculos de modelos y nuevos datos de precisión de colisiones de iones pesados ​​(que contienen muchos protones y neutrones) para acceder a la distribución de gluones y predecir el tamaño del protón.

Identificar y medir con precisión los factores que son sensibles al tamaño del nucleón ayudará a los físicos a describir con mayor precisión el plasma de quarks-gluones (QGP). Esta es una forma densa y caliente de materia nuclear creada cuando los protones y neutrones individuales se «derriten» en colisiones de iones pesados, imitando las condiciones del universo primitivo. Este conocimiento puede eliminar incertidumbres significativas sobre el estado inicial del QGP producido. Saber más sobre el estado inicial de QGP proporciona información para los cálculos del modelo que los científicos usan para inferir la viscosidad y otras propiedades de QGP. Los resultados también se suman a las medidas del tamaño del protón basadas en la distribución de los quarks dentro del protón.