Os cientistas desenvolveram uma nova maneira de estudar as formas dos núcleos atômicos e seus blocos de construção internos. O método baseia-se na modelagem da produção de certas partículas a partir de colisões de elétrons de alta energia com alvos nucleares. Essas colisões ocorrerão no futuro Electron Ion Collider (EIC). As descobertas foram publicadas na revista Physical Review Letters .



Estes resultados mostram que as colisões que produzem exclusivamente mesões únicos (uma partícula feita de um quark e um antiquark) oferecem informações sobre a estrutura em grande escala do núcleo, por exemplo, o seu tamanho e forma. Isso ajudará a revelar o quanto o núcleo se assemelha a um charuto ou a uma panqueca. Os mésons de maior momento podem revelar a estrutura nuclear em escalas de menor comprimento, incluindo o arranjo de quarks e glúons dentro de prótons e nêutrons.

Este trabalho sugere que o estudo dos mésons produzidos em colisões EIC fornecerá novos insights sobre a estrutura dos núcleos atômicos. Este método é diferente dos métodos tradicionais, como a colisão de dois núcleos com energia relativamente baixa e a eliminação de um nêutron ou próton, ou a excitação de núcleos em um campo eletromagnético.

Esses métodos tradicionais são sensíveis à distribuição de carga elétrica dentro dos núcleos. Mas o novo método fornece informações sobre a distribuição dos glúons, as partículas que unem os quarks que constituem esses blocos nucleares maiores. Isso torna o método uma forma mais profunda de “visão de raios X” para átomos.

Este trabalho realizado por teóricos do Laboratório Nacional de Brookhaven, da Universidade de Jyvaskyla, na Finlândia, e da Wayne State University fornece uma estrutura teórica para o estudo da estrutura nuclear no futuro EIC. O EIC é um centro de pesquisa em física nuclear de última geração que está sendo construído no Brookhaven Lab.

A pesquisa mostra que as colisões EIC que produzem exclusivamente mésons de vetor único serão sensíveis à estrutura detalhada do alvo nuclear. Nessas colisões, o alvo pode permanecer intacto ou quebrar-se. Quando se rompe, a seção transversal, que é uma medida da probabilidade de ocorrência do processo, é sensível às flutuações do alvo. Estes podem ser impulsionados por flutuações de posição dos nêutrons e prótons. O novo trabalho mostra que quando o alvo é deformado, essas flutuações são significativamente modificadas, alterando a seção transversal medida.

Como as medições são feitas com energia de colisão muito maior do que os experimentos tradicionais de estrutura nuclear, as interações são sensíveis às distribuições de glúons dentro dos prótons e nêutrons do núcleo.

Medir as distribuições de glúons dentro do núcleo, em vez da distribuição de carga elétrica, fornecerá uma nova visão sobre como essas duas distribuições diferem e como a distribuição de glúons depende da energia usada para fazer a medição.

Esta técnica abre um novo rumo para a pesquisa no EIC e pode levar a informações importantes que complementam as informações dos experimentos tradicionais de estrutura nuclear. Ajudará os cientistas a compreender como as formas nucleares evoluem com a energia e fornecerá novas informações sobre a estrutura nuclear que antes eram inacessíveis.

Mais informações: Heikki Mäntysaari et al, Multiscale Imaging of Nuclear Deformation at the Electron-Ion Collider, Physical Review Letters (2023). DOI:10.1103/PhysRevLett.131.062301
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Fornecido pelo Laboratório Nacional de Brookhaven