Wetenschappers hebben een manier gevonden om in deuteronen, de eenvoudigste atoomkernen, te 'zien' om de 'lijm' die de bouwstenen van materie bij elkaar houdt beter te begrijpen. De nieuwe resultaten zijn afkomstig van botsingen van fotonen (lichtdeeltjes) met deuteronen, die zijn gemaakt van slechts één proton gebonden aan één neutron. Bij deze botsingen werken de fotonen als een röntgenstraal om een ​​eerste glimp te geven van hoe deeltjes die gluonen worden genoemd, in het deuteron zijn gerangschikt. Deze botsingen kunnen ook het deuteron uit elkaar halen, wat inzicht geeft in wat het proton en het neutron bij elkaar houdt.

Door het deuteron, de eenvoudigste kern in de natuur, te bestuderen, krijgen wetenschappers inzicht in de meer complexe atoomkernen die in wezen alle zichtbare materie in het universum vormen. Dit onderzoek naar deuteronen helpt verklaren hoe kernen ontstaan ​​uit quarks en gluonen, en hoe de massa's van kernen dynamisch worden gegenereerd door gluonen. Deuteronen spelen ook een belangrijke rol in de energieproductie in de zon, die begint met twee protonen die samensmelten tot een deuteron. Het bestuderen van deuteronen kan wetenschappers helpen fusiereacties beter te begrijpen. Dit zou kunnen leiden tot strategieën voor het benutten van fusie-energie om elektriciteit op aarde te maken.

In dit werk keken wetenschappers van de STAR-samenwerking naar bestaande gegevens van deuteron-goudbotsingen bij de Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC), een gebruikersfaciliteit van het Department of Energy (DOE). Bij RHIC kunnen onderzoekers fotonen rondom snel bewegende goudionen gebruiken om de rol van gluonen te onderzoeken. Door de gluondynamiek in het deuteron, de eenvoudigste atoomkern, te bestuderen, krijgen wetenschappers inzicht in hoe de distributie en het gedrag van gluonen, als krachtdragende deeltjes, veranderen naarmate kernen complexer worden. Bij de RHIC-botsingen die in dit werk werden bestudeerd, gebruikten wetenschappers de STAR-detector om bij te houden hoeveel momentum werd overgedragen van gluonen in het deuteron naar deeltjes die in deze interacties werden gecreëerd. Omdat die impulsoverdracht betrekking heeft op waar de gluonen zich in de kern bevinden, gebruikten de wetenschappers de gegevens om de gluonverdeling in het deuteron in kaart te brengen. Bovendien buigt elke foton-gluon-interactie ook het deuteron af - en breekt het soms uit elkaar. STAR volgde "toeschouwersneutronen" die uit deze breuk kwamen om meer te weten te komen over hoe gluonen deze kernen bij elkaar houden.

Het begrijpen van de rol van gluonen in nucleaire materie zal een focus zijn van de Electron-Ion Collider (EIC), een nieuwe faciliteit die in de planningsfase is bij Brookhaven National Laboratory. EIC zal fotonen gebruiken die door elektronen worden gegenereerd om de gluonverdelingen in protonen en kernen te onderzoeken, en om de kracht te bestuderen die protonen en neutronen samenhoudt om kernen te vormen. + Verder verkennen

Natuurkundigen 'schenken' licht op innerlijke details en uiteenvallen van een eenvoudige kern