Hloubkový nepružný rozptyl elektronů na protonech při vysokých energiích je nejvhodnější metodou ke studiu vnitřní struktury protonu. Elektron zkoumá proton a jeho složky prostřednictvím elektromagnetické interakce stejným způsobem, který byl použit ve známém Rutherfordově pokusu (rozptyl α částic na Au folii). Elektrony při rozptylu vysílají virtuální fotony směrem k protonu a zkoumají jeho vnitřní strukturu podobným způsobem, jakým elektronový mikroskop pořizuje obraz zkoumaného objektu. Za použití obřího detektoru změřila kolaborace H1 účinný průřez inkluzivního hloubkového nepružného rozptylu, který je úměrný pravděpodobnosti se kterou se elektron ze svazku odrazí od kvarku uvnitř protonu. Přesné změření tohoto účinného průřezu je porovnáno s předpovědí kvantové chromodynamiky (QCD), moderní polní teorie, která popisuje silnou interakci jako výměnu barevných gluonů mezi kvarky uvnitř protonu. Ve velké části kinematické oblasti je účinný průřez hloubkového nepružného rozptylu úměrný strukturní funkci F2 která je vyjádřena jako lineární kombinace rozdělovacích funkcí jednotlivých druhů kvarků uvnitř protonu.
Obrázek: Strukturní funkce F2 protonu změřená v experimentu H1 (body) a v dřívějších experimentech BCDMS a NMC. Na datech je patrné tzv. narušení škálování (měřené body při stejných hodnotách x závisejí na Q2), což je projev vyzařování gluonů kvarky uvnitř protonu.
Fotony zprostředkovávají elektromagnetickou interakci pouze s nabitými kvarky a ne s elektricky neutrálními gluony. Nicméně vyražený kvark je k přítomnosti gluonů uvnitř protonu citlivý. Při velkých hodnotách x hybnosti kvarků mohou kvarky ztratit podstatnou část hybnosti tím, že vyzáří gluony ještě před tím, než dojde k interakci s virtuálním fotonem. Naopak gluony se mohou přeměnit na páry (mořských) kvarků, které po té mohou interagovat s fotonem při malých hodnotách x hybností kvarků. Tyto procesy lze rozlišit, pokud je rozlišovací schopnost fotonové sondy, určená velikostí virtuality fotonu Q2, dostatečná. Množství kvarků, které budou rozptýleny virtuálním fotonem, roste tedy s klesající hodnotou x, tj. strukturní funkce F2(x,Q2) poroste s hodnotou Q2, a tento růst je určený rozdělením hybností gluonů. A to je právě to, co se experimentálně pozoruje, jak ukazuje obrázek výše. Tento jev dostal název narušení škálování a je dobře popsán pomocí teoretického výpočtu za použití kvantové chromodynamiky (modré křivky).
Pro detekci rozptýleného elektronu především v oblasti Q2 < 100 GeV2 (prázdné kroužky v obrázku) jsou nejdůležitější dva subdetektory - BST (Backward Silicon Tracker) a SPACAL (Spagheti Calorimeter). Fyzikové a technici z FZÚ se podíleli na konstrukci a výrobě a dále provozu a kalibraci těchto subdetektorů během měření a rovněž na analýze dat a získaných fyzikálních výsledcích.
Copyright © 2008-2010, Fyzikální ústav AV ČR, v. v. i.
