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Dentro del núcleo, el neutrón comprime su nube de gluones, y por primera vez se ha podido medir.
Un neutrón confinado en el núcleo se comporta de manera distinta a cuando está libre. Su nube de gluones, que mantiene unidos a los quarks, se comprime como un muelle bajo carga. Antes esto solo podía suponerse, pero ahora los físicos han observado el efecto directamente por primera vez.
En el Laboratorio Jefferson, un haz de electrones impactaba sobre deuterio líquido, arrancando fotones de los núcleos. Estos fotones producían mesones J/ψ, partículas formadas por un quark encanto y su antiquark, que se desintegraban en pares electrón-positrón. El detector CLAS12 capturaba esos pares junto con el núcleo de retroceso. Este mesón se genera cuando un fotón arranca dos gluones a la vez del nucleón, por lo que resulta una sonda excelente del campo gluónico.
El mesón J/ψ es tres veces más pesado que el protón, y para producirlo se necesita un fotón con una energía de al menos 8,2 GeV. Es como levantar una piedra pesada para ver lo hondo que estaba enterrada.
Al comparar la producción de J/ψ en un neutrón ligado y en un protón ligado, los científicos descubrieron que las secciones eficaces son casi idénticas. Esto significa que los campos gluónicos tienen la misma estructura en ambos, y que la contribución de los mecanismos que distinguen al protón del neutrón es muy pequeña. A partir de las secciones eficaces diferenciales se extrajeron los factores de forma gluónicos, que describen la distribución espacial de los gluones.
El radio másico del nucleón ligado resultó ser de 0,48 femtómetros, mientras que en el protón libre es de 0,52 femtómetros. La diferencia es pequeña, pero indica que dentro del núcleo la nube de gluones realmente se comprime.
Ahora los físicos disponen de un método para mirar dentro del neutrón sin extraerlo del núcleo. Las próximas mediciones con núcleos de carbono, aluminio y plomo mostrarán cómo cambia la nube de gluones a medida que crece el núcleo. Estos datos servirán de referencia para el futuro colisionador de electrones e iones, donde los gluones se estudiarán con una precisión sin precedentes.
El mesón J/ψ fue descubierto en 1974 simultáneamente por dos grupos y se convirtió en la primera confirmación de la existencia del quark charm. Su masa es de unos 3.1 GeV, tres veces la masa del protón, por lo que para producir este mesón se necesita un fotón con energía de al menos 8.2 GeV.