O próton é uma partícula composta composta de blocos de construção fundamentais de quarks e glúons. Esses componentes e suas interações determinam a estrutura do próton, incluindo suas cargas elétricas e correntes. Essa estrutura se deforma quando exposta a campos elétricos e magnéticos (EM) externos, um fenômeno conhecido como polarizabilidade. As polarizabilidades EM são uma medida da rigidez contra a deformação induzida por campos EM. Ao medir as polarizabilidades EM, os cientistas aprendem sobre a estrutura interna do próton.
Esse conhecimento ajuda a validar a compreensão científica de como os nucleons (prótons e nêutrons) se formam, comparando os resultados com as descrições teóricas do espalhamento de raios gama dos nucleons. Os cientistas chamam esse processo de espalhamento nucleon de espalhamento Compton.

Quando os cientistas examinam o próton a uma distância e escala onde as respostas EM dominam, eles podem determinar valores de polarizabilidades EM com alta precisão. Para tanto, utilizam o referencial teórico das Teorias de Campos Efetivos (EFTs). Os EFTs prometem combinar a descrição da estrutura do nucleon em baixas energias com a teoria atual da força nuclear forte, chamada de cromodinâmica quântica (QCD). Nesta pesquisa, os cientistas validaram EFTs usando o espalhamento Compton de prótons. Essa abordagem também validou a estrutura e a metodologia subjacentes às EFTs.

O espalhamento de Proton Compton é o processo pelo qual os cientistas espalham raios gama polarizados circularmente ou linearmente de um alvo de hidrogênio (neste caso, um alvo líquido) e, em seguida, medem a distribuição angular dos raios gama espalhados. Raios gama de alta energia carregam campos EM suficientemente fortes para que a resposta das cargas e correntes no nucleon se torne significativa.

Neste estudo, agora publicado em Physical Review Letters , os cientistas realizaram novas medições do espalhamento Compton do próton na Fonte de Raios Gama de Alta Intensidade (HIGS) no Laboratório Nuclear das Universidades Triangle. Este trabalho forneceu uma nova abordagem experimental para o espalhamento Compton do próton em baixas energias usando raios gama polarizados. O estudo avança a necessidade de novas medições de alta precisão no HIGS para melhorar a precisão das determinações de polarizabilidades de prótons e nêutrons. Essas medidas validam as teorias que ligam a descrição de baixa energia de nucleons a QCD.