La teoria fornisce una visione ad alta risoluzione del quark

La teoria fornisce una visione ad alta risoluzione del quark

Articolo in evidenza | 29-novembre-2023

I teorici prevedono una distribuzione differenziale dei quark “up” e “down” all’interno dei protoni – e contributi differenziali alle proprietà del protone

Dipartimento dell’Energia/Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti

Scienza

I protoni contengono due quark up e un quark down. Nuovi calcoli che prevedono la distribuzione spaziale delle cariche, della quantità di moto e di altre proprietà dei quark all’interno dei protoni hanno rivelato differenze chiave tra i quark up e down. I calcoli mostrano che i quark up sono distribuiti in modo più uniforme e si estendono su una distanza minore all’interno del protone rispetto al quark down. Nei protoni polarizzati, dove lo spin (momento angolare) del protone è allineato in una certa direzione, la distribuzione della quantità di moto dei quark down è particolarmente asimmetrica e distorta rispetto ai quark up. I risultati indicano che questi due tipi di quark contribuiscono in modo diverso alle proprietà del protone.

l’influenza

Gli scienziati studiano l’atomo Intendeva Vuoi capire come Quark e gluoni– Le particelle che compongono i protoni Neutroni– Contributo alle proprietà generali del protone. I nuovi calcoli sono i primi a utilizzare un nuovo approccio teorico per ottenere una mappa ad alta risoluzione dei quark protone. Le previsioni forniscono informazioni su come gli elementi costitutivi interni contribuiscono alle proprietà del protone, come lo spin. I medici usano lo spin dei protoni ogni giorno nella risonanza magnetica, ma le sue origini rimangono misteriose. I calcoli risultanti da questo nuovo approccio teorico aiuteranno anche a spiegare i dati degli esperimenti di fisica nucleare.

riepilogo

Gli esperimenti che esplorano la struttura del protone vengono condotti presso il Continuous Electron Beam Accelerator Facility, una struttura utente del DOE Office of Science presso il Thomas Jefferson National Accelerator Facility, e sono programmati per il futuro Electron-Ion Collider presso il Brookhaven National Laboratory. In questi esperimenti, gli elettroni ad alta energia emettono fotoni virtuali che disperdono e modificano la quantità di moto totale del protone. I processi di scattering danno agli scienziati l’accesso alla distribuzione generalizzata dei partoni (GPD), che è il modo in cui la quantità di moto, l’energia e altre proprietà dei quark e dei gluoni sono distribuiti all’interno di un protone. È come una tecnica di imaging a raggi X per gli elementi costitutivi della materia sfusa. I modelli teorici forniscono una base per analizzare e prevedere i risultati di questi esperimenti. A tal fine, una collaborazione tra teorici nucleari del Brookhaven National Laboratory, dell’Argonne National Laboratory, della Temple University, dell’Università Adam Mickiewicz in Polonia e dell’Università di Bonn in Germania ha utilizzato un nuovo formalismo teorico per calcolare i tassi del PIL. Il loro approccio ha permesso di simulare un gran numero di queste interazioni di dispersione per produrre mappe dettagliate della distribuzione della quantità di moto e della carica e di altre proprietà dei quark up e down all’interno dei protoni non polarizzati e polarizzati. I risultati mostrano differenze fondamentali tra i quark up e down e implicano che i due tipi di quark contribuiscono in modo diverso alle proprietà del protone.

Finanza

Questo lavoro è stato sostenuto dall’Ufficio di Scienza, Ufficio di Fisica Nucleare del Dipartimento dell’Energia (DOE), nell’ambito del Premio Scientific Discovery through Advanced Computing (SciDAC) “Fisica Nucleare Fondamentale a Exascale e Oltre”, da parte della Quark-In-Situ Tomography. La collaborazione per Gluon è stata insignita del DOE Office of Science Early Career Award e della National Science Foundation.

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