Per la prima volta, un team internazionale di scienziati ha esplorato la struttura interna del neutrone, una delle particelle fondamentali dell’atomo. Lo straordinario risultato, frutto di una ricerca decennale, è stato pubblicato sulla prestigiosa rivista Physical Review Letters. A guidare lo studio è l’Università Paris-Saclay, con il supporto del Centro nazionale francese per la ricerca scientifica (CNRS) e il Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti (DOE).
Il cuore della scoperta è il Central Neutron Detector, un rivelatore di nuova generazione progettato per studiare i neutroni con una precisione senza precedenti. Questo strumento, sviluppato in oltre 10 anni, è stato installato nella Experimental Hall B presso il Thomas Jefferson National Accelerator Facility, un laboratorio di punta del 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 dichiarato Silvia Niccolai, direttrice di ricerca del CNRS e principale promotrice dell’esperimento. La ricerca si propone di migliorare la comprensione della struttura interna dei nucleoni, in particolare dello spin, sia dei neutroni che dei protoni.
I nucleoni – protoni e neutroni – sono costituiti da particelle ancora più piccole, chiamate quark e gluoni. Tuttavia, i fisici non hanno ancora decifrato come queste particelle si distribuiscano all’interno dei nucleoni né come contribuiscano allo spin complessivo. Per indagare questi misteri, gli scienziati si sono avvalsi del Continuous Electron Beam Accelerator Facility (CEBAF), una struttura di punta dell’Office of Science del DOE. Attraverso un processo chiamato deep-virtual Compton scattering (DVCS), il team ha studiato le interazioni tra elettroni e nucleoni bersaglio.
Nella DVCS, un elettrone colpisce un nucleone bersaglio che assorbe parte dell’energia dell’elettrone, emette un fotone e rimane intatto. Al termine della reazione, possono essere rilevate tre particelle: il nucleone, il fotone emesso e l’elettrone che ha interagito con il nucleone. Finora, questa tecnica era stata utilizzata principalmente per studiare il protone, più semplice da analizzare rispetto al neutrone.
Con l’introduzione del Central Neutron Detector, il team ha potuto affrontare questa sfida complessa. Niccolai e i suoi colleghi hanno iniziato a progettare il nuovo rivelatore nel 2011, grazie a finanziamenti dell’Istituto nazionale francese di fisica nucleare e delle particelle. Questo strumento rappresenta un passo avanti fondamentale nella ricerca, consentendo di studiare per la prima volta la DVCS applicata ai neutroni.
La scoperta segna un progresso significativo nella fisica nucleare e getta le basi per ulteriori ricerche sulle forze fondamentali che governano l’universo.
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