Les scientifiques ont trouvé un moyen de "voir" à l'intérieur des deutérons, les noyaux atomiques les plus simples, pour mieux comprendre la "colle" qui maintient ensemble les éléments constitutifs de la matière. Les nouveaux résultats proviennent de collisions de photons (particules de lumière) avec des deutérons, qui sont constitués d'un seul proton lié à un neutron. Dans ces collisions, les photons agissent comme un faisceau de rayons X pour fournir le premier aperçu de la façon dont les particules appelées gluons sont disposées dans le deutéron. Ces collisions peuvent également briser le deutéron, donnant un aperçu de ce qui maintient le proton et le neutron ensemble.

En étudiant le deutéron, le noyau le plus simple de la nature, les scientifiques acquièrent une compréhension des noyaux atomiques plus complexes qui constituent essentiellement toute la matière visible de l'univers. Cette recherche sur les deutérons aide à expliquer comment les noyaux émergent des quarks et des gluons, et comment les masses des noyaux sont générées dynamiquement par les gluons. Les deutérons jouent également un rôle important dans la production d'énergie à l'intérieur du soleil, qui commence par la fusion de deux protons en un deutéron. L'étude des deutérons peut aider les scientifiques à mieux comprendre les réactions de fusion. Cela pourrait conduire à des stratégies d'exploitation de l'énergie de fusion pour produire de l'électricité sur Terre.

Dans ce travail, les scientifiques de la collaboration STAR ont examiné les données existantes sur les collisions deutéron-or au collisionneur d'ions lourds relativistes (RHIC), une installation utilisateur du ministère de l'Énergie (DOE). Au RHIC, les chercheurs peuvent utiliser des photons entourant des ions d'or en mouvement rapide pour examiner le rôle des gluons. En étudiant la dynamique des gluons dans le deutéron, le noyau atomique le plus simple, les scientifiques comprennent comment la distribution et le comportement des gluons, en tant que particules porteuses de force, changent à mesure que les noyaux deviennent plus complexes. Dans les collisions RHIC étudiées dans ce travail, les scientifiques ont utilisé le détecteur STAR pour suivre la quantité d'impulsion transférée des gluons dans le deutéron aux particules créées lors de ces interactions. Étant donné que ce transfert d'impulsion est lié à l'emplacement des gluons à l'intérieur du noyau, les scientifiques ont utilisé les données pour cartographier la distribution des gluons dans le deutéron. De plus, chaque interaction photon-gluon dévie également le deutéron et parfois le brise. STAR a suivi les «neutrons spectateurs» issus de cette rupture pour en savoir plus sur la façon dont les gluons maintiennent ces noyaux ensemble.

La compréhension du rôle des gluons dans la matière nucléaire sera l'une des priorités du collisionneur électron-ion (EIC), une nouvelle installation en cours de planification au laboratoire national de Brookhaven. EIC utilisera les photons générés par les électrons pour sonder les distributions de gluons à l'intérieur des protons et des noyaux, et pour étudier la force qui maintient les protons et les neutrons ensemble pour constituer les noyaux. + Explorer plus loin

Les physiciens "éclairent" la lumière sur les détails internes et la rupture d'un noyau simple