Gluons, as partículas semelhantes a cola que normalmente ligam quarks subatômicos dentro dos prótons e nêutrons que compõem os núcleos atômicos, parecem desempenhar um papel importante no estabelecimento de propriedades-chave da matéria. Mas agora, ninguém pode ver como os glúons são distribuídos dentro de prótons e núcleos individuais. Experimentos recentes no Laboratório Nacional de Brookhaven e no Centro Europeu de Pesquisa Nuclear (CERN) sugerem que o arranjo dessas partículas dentro de um próton flutua fortemente. Isso significa que enquanto, na média, um próton é quase esférico, se tivéssemos que tirar instantâneos de um próton no tempo, cada um deles pareceria dramaticamente diferente. Os teóricos nucleares de Brookhaven desenvolveram um modelo de flutuações de glúons que é consistente com as medições anteriores. O modelo permite que eles interpretem os novos dados de experimentos de colisão nuclear como instantâneos de como um próton realmente se parece em um determinado momento.

Os físicos nucleares querem estudar as propriedades da matéria nuclear no núcleo e como ela é alterada por colisões de alta energia. Para fazer isso, eles medem os padrões de partículas que saem de colisões de prótons com núcleos pesados ​​em colisões de partículas. Esses coletores incluem o Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC) no Laboratório Nacional de Brookhaven e o Large Hadron Collider (LHC) no laboratório CERN da Europa. Para entender mais sobre a questão nuclear, eles precisam saber como o próton se parecia quando a colisão aconteceu. Em experimentos nessas instalações, onde as partículas são aceleradas a altas energias, os glúons são partículas virtuais que continuamente se dividem e se recombinam, essencialmente piscando dentro e fora da existência como a luz dos vaga-lumes piscando no céu noturno. Porque os cientistas não podem ver este tremeluzir diretamente, eles precisam de um modelo que descreva com precisão o comportamento flutuante. Compreender a cintilação permite que os físicos interpretem os resultados desses experimentos para entender melhor a estrutura interna dos prótons e explicar melhor o nosso mundo.

Os resultados experimentais do RHIC e do LHC sugerem que os prótons são muito mais complexos do que um simples arranjo de três quarks mantidos juntos por glúons. Compreender como os prótons interagem quando colidem com núcleos maiores requer o conhecimento da geometria do próton pouco antes da colisão - seja ele redondo ou mais irregular, por exemplo. Explorar a estrutura interna do próton também é um esforço de pesquisa fundamental para os físicos nucleares.

Embora os cientistas saibam quão grande é a densidade média do glúon dentro de um próton, eles não sabem exatamente onde os glúons estão localizados dentro da partícula maior ou quão grandes podem ser as flutuações na forma e na distribuição dos glúons. Sem a capacidade de ver dentro do próton, os cientistas desenvolveram um modelo matemático para representar uma variedade de arranjos de glúons. Os cientistas então testaram o modelo comparando suas previsões com dados experimentais de um acelerador na Alemanha. Eles descobriram que incluir um alto grau de flutuações de glúons em seu modelo se ajusta melhor aos dados. Os cientistas agora procuram aplicar esse conhecimento às colisões próton-núcleo no RHIC e no LHC. Se este modelo pode descrever com sucesso esses experimentos, os cientistas serão capazes de usar alguns observáveis-chave dos experimentos como medidas da forma do próton no momento da colisão.