Roma – Per la prima volta è stato possibile dare “un’occhiata” alla struttura interna del neutrone, una delle particelle fondamentali dell’atomo. E’ quanto riporta un team di ricercatori guidati dall’Université Paris-Saclay, e i cui risultati sono stati pubblicati su Physical Review Letters. Gli autori sono riusciti nell’impresa grazie allo sviluppo di uno speciale rivelatore, il Central Neutron Detector, realizzato in 10 anni e installato nella Experimental Hall B presso la Thomas Jefferson National Accelerator Facility del Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti (DOE). “Abbiamo rilevato il neutrone per la prima volta in questo tipo di reazione, ed è un risultato molto importante per lo studio dei nucleoni”, ha affermato Silvia Niccolai, direttrice di ricerca presso il Centro nazionale francese per la ricerca scientifica (CNRS).
Il rivelatore centrale di neutroni installato nella Hall B. Silvia Niccolai e il suo team del Laboratorio di fisica dei due infiniti Irène Joliot-Curie (IJCLab), un’unità di ricerca congiunta del CNRS di Orsay, Francia, dell’Università Paris-Saclay e dell’Università Paris-Cité, hanno iniziato a costruire il rivelatore nel 2011 con finanziamenti dell’Istituto nazionale francese di fisica nucleare e delle particelle.
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Foto gentilmente concessa da Silvia Niccolai
Niccolai ha proposto l’esperimento che ha reso possibile questa misurazione, che aiuterà i fisici a comprendere meglio la struttura e lo spin sia dei neutroni che dei protoni. I nucleoni (protoni e neutroni) sono costituiti da particelle più piccole chiamate quark e gluoni. I fisici non hanno ancora capito appieno come queste particelle costituenti siano distribuite all’interno dei nucleoni o come contribuiscano allo spin complessivo del singolo nucleone. Gli sperimentatori utilizzano il Continuous Electron Beam Accelerator Facility (CEBAF), una struttura dell’Office of Science del DOE, per sondare queste particelle, disperdendo elettroni dai bersagli dei nucleoni e rilevando i prodotti finali di queste reazioni. Una reazione è chiamata deep-virtual Compton scattering (DVCS). Nella DVCS, un elettrone interagisce con un nucleone bersaglio. Il nucleone assorbe parte dell’energia dell’elettrone ed emette un fotone, ma non si rompe. Alla fine, possono essere rilevate tre particelle: il nucleone colpito, il fotone che ha emesso e l’elettrone che ha interagito con il nucleone. I ricercatori hanno studiato ampiamente la DVCS utilizzando il rivelatore CLAS12, che sta per CEBAF Large Acceptance Spectrometer a 12 GeV di energia del fascio, così come il suo predecessore, CLAS. Tuttavia, i rivelatori CLAS e CLAS12 nella Hall B sono stati usati principalmente per analizzare la DVCS sul protone, che è più facile da studiare rispetto alla DVCS sul neutrone. Da qui la necessità di una nuova struttura: il Central Neutron Detector. Niccolai e il suo team hanno iniziato a costruire il rivelatore nel 2011 con finanziamenti dell’Istituto nazionale francese di fisica nucleare e delle particelle. Il team ha completato il rilevatore nel 2015. Due anni dopo, è stato installato in CLAS12. Il Central Neutron Detector ha raccolto dati tra il 2019 e il 2020. Sebbene fosse in grado di rilevare i neutroni, Niccolai e il suo team hanno riscontrato un problema inaspettato durante l’analisi dei dati: la contaminazione dei protoni. Il rivelatore era stato progettato per scartare segnali carichi, non neutronici. Tuttavia, hanno scoperto che la parte del rivelatore responsabile del blocco sui protoni aveva zone morte, consentendo ai protoni di intrufolarsi e contaminare le misurazioni dei neutroni. Fortunatamente, Adam Hobart, ricercatore dell’IJCLab che ha guidato l’analisi dei dati per questo esperimento, è riuscito a ripulire i dati. Il quadro teorico noto come distribuzioni generalizzate di partoni (GPD) trasforma le misurazioni degli esperimenti di scattering in informazioni sulla distribuzione dei partoni, il nome collettivo per quark e gluoni, all’interno dei nucleoni. Esistono quattro tipi di GPD. Le misurazioni dei neutroni di questo esperimento hanno permesso ai ricercatori di accedere a uno dei tipi meno noti, indicato come GPD E. Una volta ottenuta la prova di principio, i ricercatori intendono ora raccogliere altri dati con CLAS12 e il Central Neutron Detector per effettuare misurazioni ancora più precise. (30Science.com)
