





Risonanze protoniche in 3D








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Date (GMT):
 24/08/2023 10:47:18


Date modified (GMT):
 24/08/2023 10:49:07


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Author:
 125: Maura Sandri(sandri) - 
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Excerpt


Un gruppo di fisici della collaborazione Clas ha condotto un esperimento presso il Thomas Jefferson National Accelerator Facility del Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti per esplorare le strutture 3D delle risonanze di protoni e neutroni. I risultati della ricerca, presentati oggi a Trento al workshop ApcTp, potrebbero contribuire alla scoperta delle proprietà dell’universo primordiale, subito dopo il Big Bang 






Risonanze protoniche in 3D


Quark e gluoni all’interno di un protone. Due quark up, un quark down e gluoni che li tengono insieme. Crediti: Brookhaven National Laboratory


A metà del secolo scorso, i fisici scoprirono che i protoni possono 
risuonare
. I progressi degli ultimi tre decenni hanno portato a immagini 3D del protone e a informazioni significative sulla sua struttura nel suo stato fondamentale. Ma si sa ancora poco della struttura 3D del protone risonante. Ora, un esperimento condotto presso la 
Thomas Jefferson National Accelerator Facility
 del 
Dipartimento dell’Energia
 degli Stati Uniti per esplorare le strutture 3D delle risonanze di protoni e neutroni, ha aggiunto un ulteriore pezzo al puzzle dell’universo primordiale.


Lo studio delle proprietà fondamentali e dei comportamenti dei 
nucleoni
 – protoni e neutroni che costituiscono i nuclei degli atomi – offre spunti critici sugli elementi fondamentali della materia. Ogni nucleone è costituito da tre 
quark
 strettamente legati insieme dai 
gluoni
 mediante l’
interazione forte
, la forza più forte in natura.


Lo stato più stabile e a più bassa energia di un nucleone è chiamato 
stato fondamentale
. Ma quando un nucleone viene eccitato in uno stato di energia superiore, i suoi quark ruotano e vibrano l’uno contro l’altro, esibendo quella che è nota come 
risonanza nucleonica
.


Un gruppo di fisici della 
Justus Liebig Universitat (Jlu) Giessen
 in Germania e dell’
Università del Connecticut
, che opera nell’ambito della 
collaborazione Clas
, ha condotto un esperimento presso il Cebaf (
Continuous Electron Beam Accelerator Facility
) del Jefferson Lab per esplorare queste risonanze nucleoniche. I risultati della ricerca sono stati pubblicati su 
Physical Review Letters
.


Stefan Diehl
, responsabile dell’analisi, ha affermato che il lavoro del team fa luce sulle proprietà di base delle risonanze nucleoniche e che sta già ispirando nuove indagini sulla struttura 3D del protone risonante e sul processo di eccitazione. «È la prima volta che abbiamo delle misurazioni, delle osservazioni, che sono sensibili alle caratteristiche 3D di uno stato così eccitato», riferisce Diehl. «In linea di principio, questo è solo l’inizio e questa misurazione sta aprendo un nuovo campo di ricerca».


L’esperimento è stato condotto nel 2018-2019 utilizzando il rilevatore Clas12 del Jefferson Lab. Un fascio di elettroni ad alta energia è stato inviato in una camera piena di gas di idrogeno raffreddato. Gli elettroni hanno colpito i protoni del bersaglio per eccitare i quark al suo interno e produrre la risonanza nucleonica in combinazione con uno stato quark-antiquark, un cosiddetto 
mesone
.


Le eccitazioni sono fugaci, ma lasciano dietro di sé prove della loro esistenza sotto forma di nuove particelle che si formano a partire dall’energia delle particelle eccitate, mentre si disperde. Queste nuove particelle vivono abbastanza a lungo da permettere al rilevatore di rilevarle, e al team di ricostruire la risonanza.


Questo diagramma di Feynman mostra come la diffusione di un elettrone da parte di un protone può essere utilizzata per accedere all’immagine 3D della transizione tra il protone e la risonanza Δ++. Crediti: Stefan Diehl


Diehl ha presentato i risultati questa mattina al workshop 
Exploring resonance structure with transition GPDs
 che si sta tenendo in questi giorni a Trento.


Il team prevede di effettuare ulteriori esperimenti presso il Jefferson Lab utilizzando diversi target e polarizzazioni. Diffondendo gli elettroni da protoni polarizzati, infatti, sarà possibile accedere a diverse caratteristiche del processo di diffusione. Inoltre, lo studio di processi simili, come la produzione di una risonanza in combinazione con un fotone energetico, potrà fornire informazioni importanti.


Secondo Diehl, con questi esperimenti i fisici potranno scoprire le proprietà dell’universo primordiale, subito dopo il Big Bang. «All’inizio, nel cosmo primordiale vi era solo plasma costituito da quark e gluoni, tutti in rotazione perché l’energia era molto alta. Poi, a un certo punto, la materia cominciò a formarsi, e le prime cose che si costituirono furono gli stati eccitati dei nucleoni. Quando l’universo si espanse ulteriormente, si raffreddò e si manifestarono i nucleoni dello stato fondamentale. Con questi studi possiamo conoscere le caratteristiche di queste risonanze e questo ci dirà qualcosa su come si è formata la materia nell’universo e perché l’universo esiste nella sua forma attuale», conclude Diehl.


Per saperne di più:




Leggi su 
Physical Review Letters
 l’articolo “
First Measurement of Hard Exclusive π
−
Δ
++
 Electroproduction Beam-Spin Asymmetries off the Proton
” di S. Diehl 
et al.
 (Clas Collaboration)




 








Risonanze protoniche in 3D
Uno sguardo “strano” alle stelle di neutroni