Bij proton-proton-smashups, meer neutronen verstrooien naar rechts dan naar links ten opzichte van de spinrichting van het proton. Dat was de geaccepteerde wijsheid, en wetenschappers dachten dat het patroon zou blijven bestaan, zelfs als de protonen grotere kernen zouden raken. Nauwkeurig nieuw onderzoek toont aan dat dit niet het geval is. Wetenschappers analyseerden botsingen van draaiende protonen met atoomkernen van verschillende grootte bij de PHENIX-detector bij de Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC). Ze ontdekten dat het vergroten van het "doel" van de kern ervoor zorgde dat neutronen die door deze botsingen werden verstrooid, hun richtingsvoorkeur van rechts naar links veranderden. De resultaten suggereren dat de mechanismen die de verstrooide neutronen produceren, verschillen afhankelijk van de grootte van het doelwit.

Begrijpen hoe deeltjes worden geproduceerd bij nucleaire botsingen kan grote implicaties hebben voor het interpreteren van andere hoogenergetische deeltjesbotsingen. Informatie uit deze botsingen biedt inzicht in de aard van en de krachten die materie beheersen, die de wereld om ons heen bouwt, van kleine levende cellen tot gigantische sterren. Verder, dit nieuwe resultaat draagt ​​bij aan het raadselachtige verhaal van wat de verandering in de verstrooiingsrichting in de eerste plaats veroorzaakt. Deze en andere resultaten van RHIC's gepolariseerde protonbotsingen zullen uiteindelijk bijdragen aan het beantwoorden van deze vraag.

Toen RHIC-natuurkundigen in 2015 voor het eerst spin-uitgelijnde protonen met veel grotere goudkernen in botsing kwamen, ze verwachtten neutronen te zien verschijnen langs het pad van het protonprojectiel dat enigszins naar rechts scheef stond, zoals ze hadden bij eerdere proton-protonbotsingen. Maar in plaats daarvan, ze zagen een veel grotere richtingsvoorkeur naar links in plaats van naar rechts. Ze voerden een nauwgezette evaluatie uit van hun analyse en voerden detectorsimulaties uit om er zeker van te zijn dat ze niet alleen een detectorartefact zagen of een effect van de manier waarop de botsende stralen waren uitgelijnd. Daarna werkten ze samen met RHIC's versnellerfysici om het experiment te herhalen onder nog nauwkeuriger gecontroleerde omstandigheden en omvatten metingen met aluminiumkernen van gemiddelde grootte. Deze bevindingen onthulden dat de richtingsvoorkeur van de neutronen reëel en naar rechts was in proton-protonbotsingen, bijna nul (wat betekent dat er geen voorkeur is) in de proton-aluminium botsingen, en erg sterk en naar links in de proton-goud smashups.

Om de bevindingen te begrijpen, de wetenschappers moesten nauwkeuriger kijken naar de processen en krachten die de verstrooiende deeltjes beïnvloeden. Hun analyses suggereren dat de zeer grote positieve elektrische lading op de gouden kern, met 79 positief geladen protonen, resulteert in sterke elektromagnetische interacties die een veel belangrijkere rol spelen bij de productie van deeltjes dan in het geval dat twee kleine, even geladen protonen botsen. In die proton-proton botsingen, de tegenovergestelde richtingsvoorkeur wordt gedreven, in plaats daarvan, door interacties tussen de interne quarks en gluonen van de deeltjes, geregeerd door de sterke kernkracht. De wetenschappers zullen hun gegevens van de experimenten van 2015 op verschillende manieren blijven analyseren om te zien hoe het effect afhangt van andere variabelen, zoals het momentum van de deeltjes in verschillende richtingen. Ze zullen ook bekijken hoe de voorkeuren van andere deeltjes dan neutronen worden beïnvloed en samenwerken met theoretici om hun resultaten en de oorsprong van transversale spinasymmetrieën in proton-proton- en proton-kernbotsingen beter te begrijpen.