Em colisões próton-próton, mais nêutrons se espalham para a direita do que para a esquerda em relação à direção de rotação do próton. Essa era a sabedoria aceita, e os cientistas pensaram que o padrão se manteria mesmo quando os prótons atingissem núcleos maiores. Uma nova pesquisa meticulosa mostra que não é o caso. Os cientistas analisaram as colisões de prótons em rotação com núcleos atômicos de tamanhos diferentes no detector PHENIX do Colisor de Íons Pesados ​​Relativísticos (RHIC). Eles descobriram que aumentar o tamanho do "alvo" do núcleo fazia com que o espalhamento de nêutrons dessas colisões mudasse sua "preferência" direcional da direita para a esquerda. Os resultados sugerem que os mecanismos que produzem os nêutrons espalhados diferem dependendo do tamanho do alvo.

Entender como as partículas são produzidas em colisões nucleares pode ter grandes implicações para a interpretação de outras colisões de partículas de alta energia. As informações dessas colisões oferecem insights sobre a natureza e as forças que governam a matéria, que constrói o mundo ao nosso redor, de minúsculas células vivas a estrelas gigantes. Avançar, este novo resultado adiciona à história intrigante do que causa a mudança na direção de espalhamento em primeiro lugar. Esses e outros resultados das colisões de prótons polarizados do RHIC eventualmente contribuirão para responder a essa pergunta.

Quando os físicos do RHIC colidiram pela primeira vez com prótons alinhados por spin com núcleos de ouro muito maiores em 2015, eles esperavam ver nêutrons emergindo ao longo do caminho do projétil de próton ligeiramente inclinado para a direita, como acontecera nas colisões próton-próton anteriores. Mas ao invés, eles observaram uma preferência direcional muito maior para a esquerda em vez da direita. Eles realizaram uma revisão meticulosa de sua análise e realizaram simulações de detector para ter certeza de que não estavam apenas vendo um artefato de detector ou um efeito da forma como os feixes em colisão estavam alinhados. Em seguida, eles trabalharam com os físicos do acelerador do RHIC para repetir o experimento sob condições ainda mais precisamente controladas e incluíram medições com núcleos de alumínio de tamanho intermediário. Essas descobertas revelaram que a preferência direcional dos nêutrons era real e para a direita em colisões próton-próton, quase zero (significando nenhuma preferência) nas colisões próton-alumínio, e muito forte e à esquerda nas colisões próton-ouro.

Para entender as descobertas, os cientistas tiveram que olhar mais de perto os processos e forças que afetam as partículas dispersas. Suas análises sugerem que a grande carga elétrica positiva no núcleo de ouro, com 79 prótons carregados positivamente, resulta em fortes interações eletromagnéticas que desempenham um papel muito mais importante na produção de partículas do que no caso quando dois pequenos, prótons igualmente carregados colidem. Nessas colisões próton-próton, a preferência direcional oposta é conduzida, em vez de, por interações entre os quarks e glúons internos das partículas, governado pela força nuclear forte. Os cientistas continuarão a analisar seus dados dos experimentos de 2015 de diferentes maneiras para ver como o efeito depende de outras variáveis, como o momento das partículas em várias direções. Eles também verão como as preferências de partículas diferentes de nêutrons são afetadas e trabalharão com os teóricos para entender melhor seus resultados e a origem das assimetrias de spin transversais em colisões próton-próton e próton-núcleo.