Протон — это ядерная частица с положительным электрическим зарядом, находящаяся в ядре атома. Это составная частица, состоящая из фундаментальных строительных блоков кварков и глюонов. Эти компоненты и их взаимодействия определяют структуру протона, включая его электрические заряды и токи. Под воздействием внешних электрических и магнитных (ЭМ) полей эта структура деформируется — явление, известное как поляризуемость. Поляризуемость ЭМ является мерой жесткости по отношению к деформации, вызванной электромагнитными полями.

Измеряя поляризуемость ЭМ, исследователи могут узнать о внутренней структуре протона. Это знание помогает подтвердить научное понимание того, как формируются нуклоны (протоны и нейтроны), путем сравнения результатов с теоретическими описаниями рассеяния гамма-излучения нуклонами. Физики называют этот процесс рассеяния нуклонов комптоновским рассеянием.

Когда ученые исследуют протон на расстоянии и измеряют области, где преобладают электромагнитные отклики, они могут с высокой точностью определять значения электромагнитных поляризуемости. Для этого они используют теоретическую основу теории эффективного поля (EFT). ТЭО обещают согласовать описание структуры нуклонов при низких энергиях с современной теорией сильного ядерного взаимодействия, называемой квантовой хромодинамикой (КХД). В этом исследовании ученые проверили EFT, используя протонное комптоновское рассеяние. Этот подход также подтвердил основу и методологию, лежащие в основе EFT.

Протонное комптоновское рассеяние — это процесс, при котором ученые рассеивают гамма-лучи с круговой или линейной поляризацией от водородной мишени (в данном случае — жидкой мишени), а затем измеряют угловое распределение рассеянных гамма-лучей. Гамма-лучи высокой энергии несут достаточно сильные электромагнитные поля, поэтому отклик зарядов и токов в нуклоне становится значительным.

Например, в недавнем исследовании ученые выполнили новые измерения комптоновского рассеяния на протоне на источнике гамма-излучения высокой интенсивности (HIGS) в ядерной лаборатории Triangle Universities. Эта работа представила новый экспериментальный подход к комптоновскому рассеянию протона при низких энергиях с использованием поляризованных гамма-лучей.

Исследование подтверждает необходимость новых высокоточных измерений в HIGS для повышения точности определения поляризуемости протонов и нейтронов. Эти измерения подтверждают теории, связывающие низкоэнергетическое описание нуклонов с КХД.