La nuova misura è stata pubblicata sul numero di settembre della rivista Physical Review Letters
La nuova e precisa misura delle asimmetrie di Collins e Sivers effettuata da COMPASS usando un fascio di alta energia di muoni positivi ed un bersaglio di litio deuterato polarizzato ha fornito un tassello fondamentale allo studio della struttura interna del protone e del neutrone, isolando il contributo dovuto al quark down sperimentalmente più elusivo di quello del quark up. La misura è stata proposta e portata a compimento dall’esperimento sotto la guida del gruppo di ricerca formato da membri dell’INFN e dell’Università degli Studi di Trieste ed è stata pubblicata sul numero di settembre della prestigiosa rivista americana Physical Review Letters.
Negli ultimi anni sono stati compiuti significativi progressi nella comprensione della struttura di spin dei nucleoni (protoni e neutroni), uno dei temi più affascinanti e avvincenti della fisica delle particelle moderna. Un elemento chiave di questa ricerca è lo studio della struttura dello spin trasverso attraverso la misura delle asimmetrie di Collins e Sivers, effettuate dall’esperimento COMPASS al CERN. Questa notizia analizza gli ultimi risultati pubblicati su Phys. Rev. Lett. 133 (2024) 10, 101903, evidenziandone le implicazioni e i risultati unici che possiamo aspettarci nei prossimi anni.
Lo spin trasverso è cruciale per comprendere la struttura del nucleone. A differenza delle distribuzioni dello spin longitudinale, che descrivono come lo spin di un nucleone polarizzato lungo la direzione del suo moto è distribuito tra i suoi costituenti, la struttura dello spin trasverso offre un quadro più ricco e multidimensionale. Questo include le distribuzioni di trasversità, che descrivono come gli spin dei quark si allineano allo spin trasverso del nucleone, oltre a informazioni sulle correlazioni tra lo spin trasverso del nucleone e il momento trasverso dei suoi costituenti.
Le asimmetrie più famose dello spin trasverso sono quelle di Collins e Sivers, misurate nella diffusione profonda anelastica di leptoni ad alta energia su nucleoni polarizzati trasversalmente. Esse offrono informazioni complementari sulla struttura del nucleone:
• Asimmetria di Collins: deriva dal fatto che i quark all’interno di un nucleone polarizzato trasversalmente sono a loro volta polarizzati trasversalmente, e che lo spin di un quark polarizzato influisce sulla frammentazione degli adroni, producendo un’asimmetria nella distribuzione angolare di queste particelle.
• Asimmetria di Sivers: è dovuta alla distorsione della distribuzione del momento trasverso dei quark non polarizzati all’interno di un nucleone polarizzato trasversalmente, rivelando intuizioni più profonde sul coupling spin-orbita all’interno dei nucleoni, creando una diversa asimmetria nella distribuzione angolare delle particelle.
La recente pubblicazione della Collaborazione COMPASS (Phys. Rev. Lett. 133 (2024) 10, 101903) ha prodotto nuovi e più precisi risultati usando bersagli polarizzati al deuterio. Questi risultati si distinguono per il loro contributo alla comprensione più completa delle dinamiche dello spin nel nucleone, aggiungendo dati che completano le precedenti misure effettuate con bersagli protonici polarizzati trasversalmente. La loro rilevanza è dovuta al fatto che solo misure con protoni e deuteroni (o neutroni) consentono di separare il contributo delle diverse componenti di sapore dei quark, un elemento essenziale nella descrizione della struttura del nucleone.
I dati sul deuterone di COMPASS sono unici, e le nuove misure hanno permesso un notevole miglioramento nella conoscenza delle distribuzioni di quark dipendenti dallo spin trasverso, come descritto nell’articolo. Quando saranno utilizzati in analisi fenomenologiche globali, questi dati consentiranno di affrontare quantitativamente questioni fondamentali, come l’universalità e la fattorizzazione.
Guardando al futuro, il campo è pronto per ulteriori progressi. Con gli aggiornamenti pianificati presso importanti centri di ricerca, come il Jefferson Lab e la costruzione dell’EIC, e gli sforzi collaborativi per migliorare sia i quadri teorici sia le tecniche sperimentali, i prossimi anni promettono di fornire intuizioni senza precedenti. Questi avanzamenti potrebbero aiutare a risolvere domande ancora aperte sulle origini dello spin del nucleone e sul ruolo delle dimensioni trasversali.
In conclusione, la misura delle asimmetrie di Collins e Sivers su bersagli polarizzati al deuterio, come effettuata da COMPASS, rappresenta un passo significativo nella comprensione della complessa danza di quark e gluoni all’interno dei nucleoni. In attesa di futuri risultati, il mondo della fisica dello spin rimane vivace e pieno di potenziale.
