<div data-thumb="https://scx1.b-cdn.net/csz/news/tmb/2022/the-direct-measurement.jpg" data-src="https://scx2.b-cdn.net/gfx/news/2022/the-direct-measurement.jpg" data-sub-html="Proton spin structure function g2 as a function of invariant mass W. Each panel is adjusted to a constant momentum transfer Q2 (value in the upper-left corner); this Q2 value is presented in units of GeV2. The error bars are statistical and are the result of propagating the standard deviation of the raw measured counts through the final analysis. The shaded region represents the systematic uncertainty, which is dominated by the unpolarized model systematic and dilution factor, as discussed in the main text. The black dashed line represents the phenomenological Hall B model34,35. The grey line indicates zero to more easily distinguish sign changes in the data. Credit: Ruth et al Physique naturelle (2022). DOI : 10.1038/s41567-022-01781-y”>
La chromodynamique quantique est un domaine d’étude qui explore les interactions fortes entre les quarks médiées par les gluons. Les quarks sont des particules élémentaires chargées électriquement, qui sont des éléments constitutifs de particules composites, telles que les hadrons et les protons.
Certains aspects de la interactions fortes dans le régime de la chromodynamique quantique sont encore mal connues, en particulier lorsqu’il s’agit d’interactions à basse énergie et à faible transfert d’impulsion. Une théorie qui fait des prédictions sur les polarisabilités généralisées nucléoniques (c’est-à-dire les quantités fondamentales décrivant la réponse du nucléon à un champ externe en chromodynamique quantique) est la théorie des perturbations chirales.
La perturbation chirale est une théorie de champ efficace alignée sur la symétrie chirale estimée de la chromodynamique quantique. Cette théorie est souvent utilisée pour étudier les interactions à basse énergie dans le régime de la chromodynamique quantique, en particulier en termes de leur symétrie chirale sous-jacente.
Des chercheurs de l’Université du New Hampshire, de l’Université de Virginie, du College of William and Mary et d’autres instituts aux États-Unis et en Chine ont récemment testé les prédictions de la théorie des perturbations chirales dans un cadre expérimental. Leur article, publié dans Physique naturellepropose une mesure de la structure en spin et des polarisabilités généralisées d’un proton dans le régime de la chromodynamique quantique forte.
“Il n’y a qu’une poignée de caractéristiques qui résument les propriétés du proton – la masse, la charge, etc.”, a déclaré Karl Slifer, l’un des chercheurs qui a mené l’étude, à Phys.org. “Étant donné le rôle du proton en tant que particule fondamentale dans toute la matière visible, il est vraiment important que nous comprenions bien ces quelques propriétés. Il y a environ une décennie, il est devenu clair que la compréhension théorique de l’une de ces quantités – connue sous le nom de polarisabilité de spin généralisée – était très insatisfaisant.”
L’objectif clé des travaux récents de Slifer et de ses collègues était de mesurer de manière fiable la polarisabilité de spin généralisée d’un proton. Pour ce faire, ils ont utilisé un ammoniac solide polarisé (NH3) cible à fort champ magnétique, orientée perpendiculairement à la direction d’un faisceau d’électrons incident.
“Notre conception provoque une grande déviation du faisceau lorsqu’il traverse le champ sur le chemin de la cible”, a expliqué Slifer. “Par conséquent, il a fallu beaucoup d’ingénierie pour envoyer le faisceau sur la cible et des années d’analyse pour extraire la section efficace de réaction des électrons diffusés qui ont émergé de la cible.”
En utilisant les mesures qu’ils ont recueillies, Slifer et ses collègues ont pu caractériser la structure de spin interne de l’individu protons (c’est à dire, particules subatomiques trouve dans le noyau des atomes). À partir de leurs données, ils ont également extrait la polarisabilité de spin longitudinale-transversale du proton, l’élément de matrice twist-3 et la polarisabilité. ré2paramètres cruciaux estimés par la théorie des perturbations chirales.
“Il existe deux principaux groupes de théoriciens qui effectuent des calculs pour cette quantité”, a déclaré Slifer. “Ces groupes emploient des approches légèrement différentes, mais les deux prédictions découlent en principe directement des mêmes hypothèses et symétries que la chromodynamique quantique (QCD). La QCD est la théorie de la force forte – l’une des quatre seules forces connues dans la nature – et des tests directs de Les CDQ sont notoirement difficiles à trouver.”
En fin de compte, pour vérifier la validité des prédictions théoriques, ces prédictions doivent être testées dans un cadre expérimental. Les découvertes recueillies par Slifer et ses collègues peuvent être utilisées pour valider les prédictions faites par la théorie des perturbations chirales, ce qui peut à son tour améliorer notre compréhension de la forte chromodynamique quantique régime, y compris la structure de spin et les polarisabilités de spin généralisées des protons.
“Les données sur les protons polarisés transversalement sont historiquement rares car ces expériences sont si difficiles à exécuter et à analyser”, a ajouté Slifer. “Mais nos résultats montrent que ce type de données est vraiment utile pour clarifier exactement comment les propriétés dépendantes du spin du proton apparaissent. Nos collègues théoriciens nous ont demandé d’étendre ces mesures à une énergie plus élevée. C’est une autre expérience très difficile qui il faudra des années pour l’exécuter et l’analyser, mais il devrait être achevé.”
Plus d’information:
D. Ruth et al, Structure de spin du proton et polarisabilités généralisées dans le régime de chromodynamique quantique forte, Physique naturelle (2022). DOI : 10.1038/s41567-022-01781-y
© 2022 Réseau Science X
Citation: The direct measure of a proton’s generalized polarisabilities in the strong quantum chromodynamics regime (2022, November 4) récupéré le 4 novembre 2022 sur https://phys.org/news/2022-11-proton-polarizabilities-strong-quantum-chromodynamics. html
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