Os médicos há muito usam tomografias para obter imagens em 3-D do funcionamento interno do corpo humano. Agora, os físicos estão trabalhando para obter suas primeiras tomografias computadorizadas do funcionamento interno do núcleo. Uma medição de quarks em núcleos de hélio demonstra que a imagem 3-D da estrutura interna do núcleo agora é possível.

Nathan Baltzell é um pesquisador de pós-doutorado no Thomas Jefferson National Accelerator Facility do Departamento de Energia em Newport News, Va. Ele diz que essa medição bem-sucedida é um dos primeiros passos em direção à imagem dos núcleos de uma nova maneira.

"É uma medida de prova de princípio que abre um novo campo - a imagem da estrutura nuclear em três dimensões com a tomografia GPD, " ele diz.

Ele explica que GPDs, ou distribuições generalizadas de parton, fornecer uma estrutura que, quando combinado com resultados experimentais, permite que os físicos nucleares concluam uma renderização 3-D dos blocos de construção das partículas subatômicas, como o próton, nêutron, e agora, até mesmo o núcleo.

Os GPDs já estão sendo aplicados a estudos de imagem 3-D de prótons e nêutrons no Laboratório Jefferson. Esses estudos estão ajudando os pesquisadores a entender como quarks e glúons constroem prótons e nêutrons. Agora, Baltzell e seus colegas querem abrir uma nova janela para a estrutura do núcleo, estendendo esta técnica de tomografia GPD aos núcleos.

"Fizemos esses tipos de estudos de quarks e glúons dentro de prótons e nêutrons por um bom tempo, "ele diz." Mas em um núcleo, onde você tem vários nêutrons e prótons juntos ... Não sabemos bem como os comportamentos dos quarks e glúons mudam e como eles se movem juntos de forma diferente quando você os coloca em um núcleo. "

O experimento foi conduzido em 2009 na Instalação do Acelerador de Feixe de Elétrons Contínuos do Jefferson Lab, um DOE Office of Science User Facility. Iniciar, elétrons foram irradiados para os núcleos dos átomos de hélio-4.

"Começamos com o hélio-4 como nossa prova de princípio para este estudo, "Baltzell diz." Escolhemos o hélio-4 porque é um núcleo leve, relativamente denso, e sem spin. Essas características o tornam experimentalmente atraente e a interpretação teórica muito mais simples. "

Os experimentadores estavam interessados ​​em cerca de 3, Eles registraram 200 eventos dos elétrons interagindo com quarks individuais dentro dos núcleos. Para cada um desses eventos, o elétron de saída, o núcleo de hélio e um fóton emitido pelo quark individual foram todos registrados.

"Para fazer uma medição precisa como esta, você deseja medir tudo o que sai. Esta é a primeira vez que medimos todas as partículas no estado final, "Baltzell acrescenta.

O resultado do experimento foi publicado no outono passado em Cartas de revisão física .

Agora que os pesquisadores mostraram que essa técnica é viável, a colaboração está dando o próximo passo para continuar esses estudos com os novos recursos oferecidos pelo acelerador atualizado e o equipamento experimental do Jefferson Lab. Um novo experimento já foi planejado para iniciar o longo processo de composição da imagem 3-D da estrutura interna do quark-gluon do núcleo do hélio-4.