Nederlands Tijdschrift voor Natuurkunde

De Electron-Ion Collider (EIC) die in Brookhaven National Laboratory in de Verenigde Staten zal worden gebouwd gaat de interne structuur van protonen en neutronen tot ongekende details onderzoeken. Met deze deeltjesversneller worden de fundamentele bouwstenen bestudeerd, de quarks en de gluonen, door hoogenergetische elektronenbundels te bombarderen met protonen- of zware-ionenbundels. Een van de vele vragen die met behulp van het EIC-experiment kan worden onderzocht is: hoe zijn de gluonen binnen het proton verdeeld? Vanwege moderne detectoren en een breed bereik aan botsingsenergieën zal de EIC de toegang geven tot nooit eerder beschikbare informatie over de kerndeeltjes.

Auteur: Jelle Bor

Ooit dachten we dat de beide kerndeeltjes – het elektrische geladen proton en het ladingsneutrale neutron – de elementaire bouwstenen zijn van alle materie. Inmiddels weten we dat deze kerndeeltjes zelf uit drie valentie-quarks bestaan, die het deeltje zijn lading geven en die bij elkaar worden gehouden door gluonen: de dragers van de sterke kernkracht. Naast deze quarks komen in een kerndeeltje veel kortlevende quark-antiquarkparen voor en gluonen die met elkaar interacties hebben, die ook bijdragen aan de eigenschappen zoals de massa. Maar hoe dat allemaal precies werkt, daar is nog veel over onbekend. Wel weten we dat als we een kerndeeltje laten botsen met een ander deeltje, dat dit deeltje kan verstrooien aan een van de bouwstenen van het kerndeeltje. Die bouwstenen noemen we partonen. Bij lage botsingsenergieën zal het deeltje voornamelijk met de valentie-quarks verstrooien, maar bij hoge energieën ook met de ‘zee’ van quark-antiquarkparen en gluonen zoals afgebeeld in figuur 1.

Voor zulke botsingen kunnen we theoretische modellen ontwikkelen die vergeleken kunnen worden met experimenten om meer over de interne structuur van bijvoorbeeld het proton te weten te komen. Specifiek zijn we op zoek naar distributiefuncties die de kans beschrijven dat een botsend deeltje aan een bepaald parton in het proton wordt verstrooid. Er is dus voor elk parton een distributiefunctie. Over de quarkdistributiefuncties weten we al heel wat, echter, er is veel minder bekend over die van de gluonen. Mijn promotieonderzoek heeft dan ook als doel om meer over de gluondistributiefuncties van het proton te weten te komen. In het bijzonder proberen we met een theoretische bril de gluondistributiefuncties te bestuderen door gebruik te maken van quarkoniumproductie in elektron-protonbotsingen. Deze modellen kunnen dan in de toekomst vergeleken worden met metingen van het EIC-experiment.

Lees het volledige artikel in het novembernummer van het NTvN of klik hier.