Leuchtendes Licht auf die inneren Details und das Aufbrechen von Deuteronen

Wissenschaftler haben einen Weg gefunden, ins Innere von Deuteronen, den einfachsten Atomkernen, zu „sehen“, um den „Kleber“ besser zu verstehen, der die Bausteine ​​der Materie zusammenhält. Die neuen Ergebnisse stammen aus Kollisionen von Photonen (Lichtteilchen) mit Deuteronen, die aus nur einem Proton bestehen, das an ein Neutron gebunden ist. Bei diesen Kollisionen wirken die Photonen wie ein Röntgenstrahl, um einen ersten Eindruck davon zu vermitteln, wie Teilchen, sogenannte Gluonen, im Deuteron angeordnet sind. Diese Kollisionen können auch das Deuteron auseinander brechen und Einblicke geben, was das Proton und das Neutron zusammenhält.

Durch die Untersuchung des Deuterons, des einfachsten Kerns der Natur, gewinnen Wissenschaftler ein Verständnis für die komplexeren Atomkerne, aus denen im Wesentlichen alle sichtbare Materie im Universum besteht. Diese Forschung zu Deuteronen hilft zu erklären, wie Kerne aus Quarks und Gluonen entstehen und wie die Massen von Kernen dynamisch durch Gluonen erzeugt werden. Deuterone spielen auch eine wichtige Rolle bei der Energiegewinnung im Inneren der Sonne, die damit beginnt, dass zwei Protonen zu einem Deuteron verschmelzen. Das Studium von Deuteronen kann Wissenschaftlern helfen, Fusionsreaktionen besser zu verstehen. Dies könnte zu Strategien zur Nutzung von Fusionsenergie zur Stromerzeugung auf der Erde führen.

In dieser Arbeit untersuchten Wissenschaftler der STAR Collaboration vorhandene Daten von Deuteron-Gold-Kollisionen am Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC), einer Benutzereinrichtung des Energieministeriums (DOE). Am RHIC können Forscher Photonen verwenden, die sich schnell bewegende Goldionen umgeben, um die Rolle von Gluonen zu untersuchen. Durch die Untersuchung der Gluonen-Dynamik im Deuteron, dem einfachsten Atomkern, gewinnen Wissenschaftler ein Verständnis dafür, wie sich die Verteilung und das Verhalten von Gluonen als Kraftträgerteilchen verändern, wenn Kerne komplexer werden. Bei den in dieser Arbeit untersuchten RHIC-Kollisionen verwendeten die Wissenschaftler den STAR-Detektor, um zu verfolgen, wie viel Impuls von Gluonen innerhalb des Deuterons auf Teilchen übertragen wurde, die bei diesen Wechselwirkungen erzeugt wurden. Da sich diese Impulsübertragung darauf bezieht, wo sich die Gluonen im Kern befinden, verwendeten die Wissenschaftler die Daten, um die Gluonenverteilung im Deuteron zu kartieren. Darüber hinaus lenkt jede Photon-Gluon-Wechselwirkung auch das Deuteron ab – und bricht es manchmal auseinander. STAR verfolgte „Zuschauer-Neutronen“, die aus dieser Auflösung stammten, um mehr darüber zu erfahren, wie Gluonen diese Kerne zusammenhalten.

Das Verständnis der Rolle von Gluonen in Kernmaterie wird ein Schwerpunkt des Electron-Ion Collider (EIC) sein, einer neuen Anlage, die sich im Brookhaven National Laboratory in der Planungsphase befindet. EIC wird von Elektronen erzeugte Photonen verwenden, um die Verteilung von Gluonen innerhalb von Protonen und Kernen zu untersuchen und um die Kraft zu untersuchen, die Protonen und Neutronen zusammenhält, um Kerne zu bilden.