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Fondamenti della materia

La struttura tridimensionale di protoni e neutroni

I costituenti dei nuclei atomici (protoni e neutroni, nucleoni) sono oggetti estesi, formati da quark e gluoni (partoni). Il progetto è dedicato allo studio, attraverso l'analisi di dati sperimentali, di come i partoni si muovono e sono disposti all'interno dei nucleoni

I costituenti dei nuclei atomici sono protoni e neutroni, detti genericamente nucleoni. Questi, a loro volta sono oggetti estesi, formati da quark e gluoni (partoni). In urti ad alte energie i nucleoni sono normalmente descritti come un insieme di partoni che si muovono parallelamente tra di loro e al nucleone. Da alcuni anni, invece, ha assunto sempre maggior importanza lo studio di come i quark e i gluoni si muovono all'interno dei nucleone, di come orbitano e di come sono disposti. In sintesi, la distribuzione tridimensionale dei partoni all'interno di protoni e neutroni.
Lo scopo del progetto è quello di ricavare informazioni su questa struttura 3-dimensionale, a partire dai dati sperimentali, presenti o futuri. Si noti che i nucleoni formano la quasi totalità della materia visibile dell'Universo e il rapporto tra le loro dimensioni spaziali e quelle dei quark è simile al rapporto tra la distanza Terra-Sole e le dimensioni della Terra.
Abbiamo analizzato dati sperimentali ottenuti in urti tra particelle ad alte energie nei quali le interazioni avvengono in realtà con i costituenti dei nucleoni. L'analisi di questi dati permette di ottenere informazioni sulla distribuzione 3-dimensionale dei partoni nei nucleoni. Sono state curate anche la proposta e la preparazione di nuovi esperimenti futuri dedicati a questo studio.
Gli esperimenti considerati sono chiamati Semi-Inclusive Deep Inelastic Scattering (SIDIS), in cui un elettrone o un muone puntiforme (leptone) urta ad alta energia (i quark di) un nucleone e viene deflesso, mentre il quark che ha subito l'urto viene estratto dal nucleone e si frammenta in altre particelle (adroni), una delle quali è osservata. Secondo l'interpretazione teorica corrente, osservando l'energia e l'impulso sia dell'elettrone che dell'adrone finale si ottengono informazioni sulle distribuzioni 3-D dei quark nel nucleone. Il nostro gruppo di ricerca ha ottenuto risultati fondamentali in questo campo.
Il progetto prevedeva anche la preparazione, al CERN di Ginevra, di un esperimento in cui un pione collide con un protone ed è osservata nello stato finale una coppia leptone-antileptone ottenuta nell'annichilazione di un quark e un antiquark (processo Drell-Yan). Il protone, per la prima volta in esperimenti del genere, è polarizzato. Uno dei principali risultati ottenuti dal progetto è il completamento di tale preparazione e la realizzazione dell'esperimento, i cui dati si stanno ora analizzando.
È stato anche avviato uno studio di fattibiltà di un processo di Drell-Yan in cui l'urto iniziale avviene tra un protone ed un antiprotone presso il laboratorio FAIR (Facility for Antiproton and Ion Research) in Germania, anche se l'intera attività del laboratorio è ancora in una fase iniziale.


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autore

Mauro Anselmino
Dipartimento

Pubblicato il

29 dicembre 2016

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