Ученые измерили толщину нейтронной “кожи” свинца-208 в БАК

На Большом адронном коллайдере (БАК) учёные определили толщину "кожи" нейтронов в ядре свинца-208. Это ядро, богатое нейтронами, содержит 82 протона и 126 нейтронов, обладает уникальной структурой: в центре находятся протоны и нейтроны, в то время как на периферии преобладают нейтроны, формируя так называемую нейтронную "кожу".

Исследование нейтронной "кожи" помогает глубже понять квантовую хромодинамику, изучающую поведение кварков и глюонов в ядре. Это знание применимо в астрофизике, в частности, для изучения структуры нейтронных звёзд — плотных остатков звёзд после сверхновых.

На БАК теоретические физики из CERN с использованием данных столкновений тяжёлых ионов определили толщину нейтронной "кожи" свинца-208 как 0.217±0.058 фемтометров, что согласуется с предыдущими измерениями других групп. Данные были получены на основе 670 точек из первых двух запусков БАК, в основном с эксперимента ALICE и частично от ATLAS и CMS.

Измерение толщины нейтронной "кожи" – сложная задача, так как нейтроны не имеют заряда и не рассеивают электроны так, как протоны. В ходе столкновений тяжёлых ионов на БАК используются пучки свинца-208, которые сталкиваются на высоких энергиях. В момент столкновения создаётся кварк-глюонная плазма, изучение которой позволяет "увидеть" структуру ядра свинца-208 и рассчитать толщину его нейтронной "кожи".

Это первое измерение толщины нейтронной "кожи" свинца-208 с использованием сильного взаимодействия. Ранее, в 2021 году, похожий результат был получен коллаборацией PREX с использованием электрослабого взаимодействия.

Вильке ван дер Шее из теоретического отдела CERN, один из авторов работы, отмечает, что новое определение основано исключительно на существующих данных и демонстрирует конкурентоспособную точность по сравнению с другими экспериментальными результатами. Джулиано Джакалоне из университета Гейдельберга, ещё один автор работы, подчёркивает уникальность этого результата, объединяющего исследования физиков в различных областях.

Исследование опубликовано в журнале Physical Review Letters .