وقتی پروتون در هسته مقید است اجزای تشکیل‌دهنده‌ی آن - کوارک‌ها و گلوئون‌ها - چگونه تحت تأثیر محیط اطراف خود قرار می‌گیرند ؟ جکسون پایبوس Jackson Pybus و همکارانش در MIT با شلیک پرتوهایی از فوتون‌های پرانرژی به هسته‌های مختلف و تجزیه و تحلیل ذرات ساطع شده، به این سوال اساسی و بی‌پاسخ، پاسخ داده‌اند [1]. نتایج جدید این تیم تاکنون قوی‌ترین شواهد را ارائه می‌دهد که توزیع گلوئون‌ها در پروتون‌های مقید با پروتون‌های آزاد متفاوت است.

پایبوس و همکارانش بر فرآیندی تمرکز کردند که در آن فوتونی با انرژی کافی برای بیرون راندن پروتون، به یک پروتون در هسته برخورد می‌کند. این برهمکنش همچنین یک ذره J/ψ – حالت مقید یک کوارک افسون(charm) و یک پادکوارک افسون - تولید می‌کند که به سرعت به یک الکترون و یک پوزیترون واپاشی می‌شود. برای یک پروتون آزاد، برهمکنش مربوطه مستلزم آن است که انرژی فوتون ورودی از 8.2 گیگا الکترون ولت (GeV) فراتر رود. اما برای یک پروتون مقید، این فرآیند گاهی اوقات می‌تواند در انرژی‌های زیر این آستانه رخ دهد. چنین برهمکنش‌های زیرآستانه‌ای به ویژه به توزیع گلوئون در پروتون‌های مقید حساس هستند.

محققان الکترون‌های نسبیتی را به یک هدف الماس شلیک کردند تا فوتون‌هایی با انرژی بین ۷ تا ۱۰.۸ گیگا الکترون ولت تولید کنند. این فوتون‌ها به سمت هسته‌های دوتریوم، هلیوم و کربن هدایت شدند تا ذرات J/ψ تولید کنند که محققان محصولات واپاشی آنها را شناسایی کردند. با مقایسه اندازه‌گیری‌ها با مدل‌های مختلف فیزیک هسته‌ای، گروه استنباط کرد که پروتون‌های مقید ساختار گلوئونی متراکم‌تر یا فشرده‌تری دارند. محققان برای تجزیه و تحلیل داده‌های خود، روش‌های جدیدی را معرفی کردند که به گفته آنها برای اندازه‌گیری‌های آینده از تولید J/ψ در برخورد دهنده الکترون-یون در آزمایشگاه ملی بروکهاون (Brookhaven) در نیویورک و سایر مراکز مفید خواهد بود.

-1J. R. Pybus et al., “First measurement of near-threshold and subthreshold J/ψ𝜓 photoproduction off nuclei,” Phys. Rev. Lett. 134, 201903 (2025).

منبع:

Peering into Protons

ترجمه خبر: شهره کرمی