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¿De dónde obtiene el protón su espín?
Esta pregunta ha desconcertado a los físicos desde que los experimentos realizados en la década de 1980 revelaron que los quarks constituyentes de un protón -los bloques de construcción más fundamentales del núcleo atómico- representan solo un tercio del espín del protón. Las colisiones de protones con espín polarizado en el Colisionador Relativista de Iones Pesados (RHIC), una instalación del Departamento de Energía de EE. UU. para la investigación de la física nuclear en el Laboratorio Nacional de Brookhaven, están ayudando a resolver este misterio.
Nicole Lewis, física del Laboratorio de Brookhaven, presentará los últimos resultados del programa de espín del RHIC en una charla invitada en la reunión de otoño de 2021 de la División de Física Nuclear de la APS, el 12 de octubre de 2021. Los resultados se publicarán el mismo día en Physical Review Letters.
"El RHIC es el primer y único colisionador del mundo que es capaz de ejecutar haces de protones polarizados", dijo Lewis.
"Esto significa que las mediciones de espín pueden realizarse a energías de colisión más altas en comparación con los anteriores experimentos con blancos fijos, como los que revelaron el misterio del espín inicial".
"En las colisiones en las que el espín del protón apunta en la dirección del haz (polarizado longitudinalmente), podemos estudiar qué parte del espín del protón se debe a los espines de sus quarks y gluones constituyentes."
Lewis presentará nuevas mediciones de las contribuciones de los quarks y los gluones al espín del protón basadas en los datos de los detectores STAR y PHENIX del RHIC. Los gluones son las partículas portadoras de fuerza que "pegan" los quarks dentro de los protones y otros hadrones. El RHIC es la primera instalación que permite realizar estudios detallados de la contribución del espín de los gluones.
La charla de Lewis también incluirá nuevos resultados de colisiones de protones con polarización transversal, en las que el espín del protón se alinea en una dirección "ascendente". Estas colisiones permiten a los científicos sondear la estructura interna tridimensional del protón.
Además, Lewis hablará de las futuras oportunidades de medición del espín mediante una reciente "actualización" de STAR y el próximo experimento sPHENIX -una importante transformación de PHENIX- que está previsto que comience a recoger datos en 2023.
Fuentes, créditos y referencias:
U. A. Acharya et al, Probing Gluon Spin-Momentum Correlations in Transversely Polarized Protons through Midrapidity Isolated Direct Photons in p↑+p Collisions at √s=200 GeV Physical Review Letters (2021). doi.org/10.1103/PhysRevLett.127.162001