科学家们开发出了一种研究原子核形状及其内部构件的新方法。该方法依赖于对电子与核目标高能碰撞中某些粒子的产生进行建模。此类碰撞将在未来的电子离子对撞机(EIC)中发生。研究结果发表在《物理评论快报》杂志上。

理论工作表明未来的电子离子对撞机可用于测量原子核的形状

这些结果表明，仅产生单个介子(由夸克和反夸克组成的粒子)的碰撞可以深入了解原子核的大规模结构，例如其大小和形状。这将有助于揭示细胞核与雪茄或煎饼的相似程度。高动量介子可以揭示较短长度尺度的核结构，包括质子和中子内夸克和胶子的排列。

这项工作表明，研究EIC碰撞中产生的介子将为原子核结构提供新的见解。该方法不同于传统方法，例如以相对低的能量碰撞两个原子核并撞击出中子或质子，或者在电磁场中激发原子核。

这些传统方法对原子核内电荷的分布很敏感。但新方法可以深入了解胶子的分布，胶子是将夸克结合在一起的粒子，构成这些更大的核构件。这使得该方法成为原子“X射线视觉”的更深形式。

布鲁克海文国家实验室、芬兰于韦斯屈莱大学和韦恩州立大学理论家的这项工作为研究未来EIC的核结构提供了理论框架。EIC是布鲁克海文实验室正在建设的最先进的核物理研究设施。

研究表明，专门产生单矢量介子的EIC碰撞将对核目标的详细结构敏感。在这些碰撞中，目标可能保持完整或破碎。当它破裂时，横截面(衡量该过程发生概率的指标)对目标的波动很敏感。这些可以由中子和质子的位置波动驱动。新的工作表明，当目标变形时，这些波动会发生显着改变，从而改变测量的横截面。

由于测量是在比传统核结构实验高得多的碰撞能量下进行的，因此相互作用对原子核质子和中子内部的胶子分布很敏感。

测量原子核内部的胶子分布，而不是电荷的分布，将为了解这两种分布如何不同，以及胶子分布如何取决于用于测量的能量提供新的见解。

这项技术为EIC的研究开辟了新方向，并可能产生补充传统核结构实验信息的重要信息。它将帮助科学家了解核形状如何随能量演化，并提供以前无法获得的有关核结构的新信息。