Gli scienziati nucleari hanno confermato che l'attuale descrizione della struttura del protone non è perfetta. C'è stato un aumento dei dati nelle sonde della struttura del protone, secondo la nuova misurazione di precisione della polarizzabilità elettrica del protone al Thomas Jefferson National Accelerator Facility del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti.
Misurazione di precisione di come la struttura di un protone si deforma in un campo elettrico ha rivelato nuovi dettagli su un picco inspiegabile nei dati sui protoni. Le dimensioni della polarizzabilità elettrica del protone rivelano quanto sia suscettibile il protone è alla deformazione, o allungamento, in un campo elettrico. Ha inoltre confermato la presenza dell'anomalia e sollevato dubbi sulla sua origine.
Inoltre, una valutazione precisa della polarizzabilità elettrica del protone può aiutare a colmare il divario tra le varie spiegazioni del protone. Un protone può sembrare una singola particella opaca o una particella composita costituita da tre quark tenuti insieme da una forza forte, a seconda di come viene sondato.
Ruonan Li, il primo autore del nuovo articolo e uno studente laureato alla Temple University, ha dichiarato: “Vogliamo capire la sottostruttura del protone. E possiamo immaginarlo come un modello con tre quark bilanciati nel mezzo. Ora, metti il protone nel campo elettrico. I quark hanno cariche positive o negative. Si muoveranno in direzioni opposte. Quindi, la polarizzabilità elettrica riflette la facilità con cui il campo elettrico distorcerà il protone.
Gli scienziati nucleari hanno utilizzato una tecnica nota come scattering Compton virtuale per esaminare questa distorsione. Inizia con un fascio meticolosamente regolato di potenti elettroni dal Continuous Electron Beam Accelerator Facility di Jefferson Lab. Gli elettroni vengono inviati a schiantarsi contro i protoni.
Nello scattering Compton virtuale, gli elettroni interagiscono con altre particelle emettendo un fotone energetico o una particella di luce. L'energia dell'elettrone determina l'energia del fotone che emette, che determina anche il modo in cui il fotone interagisce con altre particelle.
Mentre i fotoni più energetici scatteranno all'interno del protone per interagire con uno dei suoi quark, fotoni di energia inferiore possono rimbalzare sulla superficie del protone. Secondo la teoria, una curva liscia apparirà quando queste interazioni fotone-quark vengono tracciate da energie inferiori a superiori.
Nikos Sparveris, professore associato di fisica alla Temple University e portavoce dell'esperimento, ha affermato che questa semplice immagine non reggeva a un esame accurato. Le misurazioni hanno invece rivelato un urto ancora inspiegabile.
“Vediamo che c'è un miglioramento locale dell'entità della polarizzabilità. La polarizzabilità diminuisce all'aumentare dell'energia, come previsto. E, a un certo punto, sembra risalire temporaneamente prima di scendere. Sulla base della nostra attuale comprensione teorica, dovrebbe seguire un comportamento molto semplice. Vediamo qualcosa che devia da questo semplice comportamento. E questo è il fatto che ci lascia perplessi in questo momento”.
“La teoria prevede che gli elettroni più energetici stiano sondando più direttamente la forza forte poiché lega insieme i quark per formare il protone. Questo strano picco nella rigidità che i fisici nucleari hanno ora confermato nei quark del protone segnala che un aspetto sconosciuto della forza forte potrebbe essere all'opera.
“C'è qualcosa che ci sfugge a questo punto. Il protone è l'unico elemento costitutivo composito in natura stabile. Quindi, se ci manca qualcosa di fondamentale, ha implicazioni o conseguenze per tutta la fisica".
I fisici hanno detto "Il prossimo passo è approfondire ulteriormente i dettagli di questa anomalia e condurre sonde di precisione per verificare la presenza di altri punti di deviazione e per fornire maggiori informazioni sulla fonte dell'anomalia".
Sparveri disse, “Dobbiamo anche misurare con precisione la forma di questo miglioramento. La forma è importante per chiarire ulteriormente la teoria”.
Riferimento della Gazzetta:
- Li, R., Sparveris, N., Atac, H. et al. La struttura elettromagnetica del protone misurata si discosta dalle previsioni teoriche. Natura (2022). DOI: 10.1038/s41586-022-05248-1
