Où le proton tire-t-il son spin ? Cette question a intrigué les physiciens depuis que des expériences dans les années 1980 ont révélé que les quarks constitutifs d'un proton - les éléments constitutifs les plus fondamentaux des noyaux atomiques - ne représentent qu'environ un tiers du spin d'un proton. Collisions de protons polarisés en spin au collisionneur d'ions lourds relativistes (RHIC), une installation utilisateur de l'Office of Science du Département de l'énergie des États-Unis pour la recherche en physique nucléaire au Laboratoire national de Brookhaven du DOE, aident à résoudre ce mystère.

Nicole Lewis, un physicien du Brookhaven Lab, présentera les derniers résultats du programme de spin RHIC lors d'une conférence invitée à la réunion d'automne 2021 de la Division de physique nucléaire de l'APS le 12 octobre, 2021. Les résultats seront publiés le même jour dans Lettres d'examen physique .

"RHIC est le premier et le seul collisionneur au monde capable de faire fonctionner des faisceaux de protons polarisés, " a déclaré Lewis. " Cela signifie que les mesures de spin peuvent être effectuées à des énergies de collision plus élevées par rapport aux expériences antérieures sur cible fixe telles que celles qui ont révélé le mystère initial du spin. Dans les collisions où le spin du proton pointe dans la direction du faisceau (polarisé longitudinalement), nous pouvons étudier dans quelle mesure le spin du proton est dû aux spins de ses quarks et gluons constitutifs."

Lewis présentera de nouvelles mesures des contributions des quarks et des gluons au spin du proton sur la base des données des détecteurs STAR et PHENIX du RHIC. Les gluons sont des particules porteuses de force semblables à de la colle qui "collent" efficacement les quarks ensemble à l'intérieur des protons et d'autres hadrons. RHIC est la première installation qui permet des études détaillées de la contribution au spin des gluons.

L'exposé de Lewis comprendra également de nouveaux résultats sur les collisions de protons à polarisation transversale, où le spin du proton est aligné dans une direction « vers le haut ». Ces collisions permettent aux scientifiques de sonder la structure interne tridimensionnelle du proton.

En outre, Lewis discutera des futures opportunités de mesure du spin à l'aide d'une récente "mise à niveau avancée" de STAR et de la prochaine expérience sPHENIX - une transformation majeure de PHENIX - qui devrait commencer à collecter des données en 2023.