Waar krijgt het proton zijn spin? Deze vraag houdt natuurkundigen voor een raadsel sinds experimenten in de jaren tachtig hebben aangetoond dat de samenstellende quarks van een proton - de meest fundamentele bouwstenen van atoomkernen - slechts ongeveer een derde van de spin van een proton uitmaken. Botsingen van spin-gepolariseerde protonen bij de Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC), een U.S. Department of Energy Office of Science gebruikersfaciliteit voor kernfysisch onderzoek bij DOE's Brookhaven National Laboratory, helpen dit mysterie op te lossen.

Nicole Lewis, een Brookhaven Lab-fysicus, zal de nieuwste resultaten van het RHIC-spinprogramma presenteren in een uitgenodigde lezing op de najaarsvergadering van 2021 van de APS-divisie voor kernfysica op 12 oktober, 2021. De resultaten worden dezelfde dag gepubliceerd in Fysieke beoordelingsbrieven .

"RHIC is de eerste en enige botser ter wereld die gepolariseerde protonenbundels kan laten lopen, " zei Lewis. "Dit betekent dat spin-metingen kunnen worden gedaan bij hogere botsingsenergieën in vergelijking met eerdere experimenten met vaste doelen, zoals die waarbij het aanvankelijke spin-mysterie werd onthuld. Bij botsingen waarbij de spin van het proton in de richting van de bundel wijst (in lengterichting gepolariseerd), we kunnen bestuderen hoeveel van de protonspin te wijten is aan de spins van de samenstellende quarks en gluonen."

Lewis zal nieuwe metingen presenteren van quark- en gluonbijdragen aan protonspin op basis van gegevens van RHIC's STAR- en PHENIX-detectoren. Gluonen zijn de lijmachtige krachtdragende deeltjes die quarks effectief aan elkaar "lijmen" in protonen en andere hadronen. RHIC is de eerste faciliteit die gedetailleerde studies van de spinbijdrage van gluonen mogelijk maakt.

Lewis' toespraak zal ook nieuwe resultaten bevatten van transversaal gepolariseerde protonbotsingen - waarbij de protonspin in een "opwaartse" richting is uitgelijnd. Door deze botsingen kunnen wetenschappers de driedimensionale interne structuur van het proton onderzoeken.

In aanvulling, Lewis zal toekomstige mogelijkheden voor spinmetingen bespreken met behulp van een recente "voorwaartse upgrade" naar STAR en het aanstaande sPHENIX-experiment - een belangrijke transformatie van PHENIX - dat naar verwachting in 2023 begint met het verzamelen van gegevens.