Artsen gebruiken al lang CT-scans om 3D-beelden te krijgen van de innerlijke werking van het menselijk lichaam. Nutsvoorzieningen, natuurkundigen werken eraan om hun eerste CT-scans van de innerlijke werking van de kern te krijgen. Een meting van quarks in heliumkernen toont aan dat 3D-beeldvorming van de binnenstructuur van de kern nu mogelijk is.

Nathan Baltzell is een postdoctoraal onderzoeker bij de Thomas Jefferson National Accelerator Facility van het Department of Energy in Newport News, Va. Hij zegt dat deze succesvolle meting een van de eerste stappen is om kernen op een nieuwe manier in beeld te brengen.

"Het is een proof-of-principle-meting die een nieuw veld opent - beeldvorming van nucleaire structuur in drie dimensies met GPD-tomografie, " hij zegt.

Hij legt uit dat huisartsen, of gegeneraliseerde parton-distributies, een kader bieden dat in combinatie met experimentele resultaten, stelt kernfysici in staat om een ​​3D-weergave van de bouwstenen van subatomaire deeltjes te voltooien, zoals het proton, neutron, en nu, zelfs de kern.

GPD's worden al toegepast op 3D-beeldvormingsstudies van protonen en neutronen in Jefferson Lab. Deze studies helpen onderzoekers te begrijpen hoe quarks en gluonen protonen en neutronen bouwen. Nutsvoorzieningen, Baltzell en zijn collega's willen een nieuw venster openen in de structuur van de kern door deze GPD-tomografietechniek uit te breiden naar kernen.

"We hebben dit soort studies van quarks en gluonen al geruime tijd in protonen en neutronen gedaan, "zegt hij. "Maar in een kern, waar je meerdere neutronen en protonen bij elkaar hebt... We weten niet precies hoe het gedrag van quarks en gluonen verandert en hoe ze anders samen bewegen als je ze in een kern plaatst."

Het experiment werd in 2009 uitgevoerd in de Continuous Electron Beam Accelerator Facility van Jefferson Lab, een DOE Office of Science gebruikersfaciliteit. In het, elektronen werden in de kernen van helium-4-atomen gestraald.

"We zijn begonnen met helium-4 als ons bewijs van principe voor deze studie, " zegt Baltzell. "We kozen voor helium-4 omdat het een lichte kern is, relatief dicht, en spinloos. Deze kenmerken maken het experimenteel aantrekkelijk en de theoretische interpretatie veel eenvoudiger."

De onderzoekers waren geïnteresseerd in de ongeveer 3, 200 gebeurtenissen die ze registreerden van de elektronen die interageren met individuele quarks in de kernen. Voor elk van deze evenementen het uitgaande elektron, de heliumkern en een foton afgegeven door de individuele quark werden allemaal geregistreerd.

"Om zo'n nauwkeurige meting te maken, je wilt alles meten wat eruit komt. Dit is de eerste keer dat we alle deeltjes in de eindtoestand hebben gemeten, ' voegt Baltzell toe.

Het resultaat van het experiment is afgelopen najaar gepubliceerd in Fysieke beoordelingsbrieven .

Nu de onderzoekers hebben aangetoond dat deze techniek haalbaar is, de samenwerking zet de volgende stap om deze studies voort te zetten met de nieuwe mogelijkheden die worden geboden door de verbeterde versneller en experimentele apparatuur bij Jefferson Lab. Er is al een nieuw experiment gepland om het lange proces van het daadwerkelijk samenstellen van dat 3D-beeld van de interne quark-gluonstructuur van de helium-4-kern te beginnen.