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La comprensione della struttura elementare della materia e la ricerca dei costituenti ultimi di essa è da sempre uno dei principali obiettivi della ricerca fondamentale. Negli ultimi anni, lo studio della composizione interna dei nucleoni, ovvero i protoni e i neutroni che, formando il nucleo atomico, rappresentano gran parte della materia osservata nell'universo, ha compiuto enormi progressi e ha subito inaspettati sviluppi.I nucleoni sono composti da costituenti elementari chiamati quark, tenuti insieme all'interno di protoni e neutroni dalle interazioni forti, che si sviluppano attraverso lo scambio di gluoni. La teoria che descrive le proprietà fondamentali di quark e gluoni e la dinamica di essi all'interno del nucleone è la CromoDinamica Quantistica (QCD). Uno degli aspetti ancora irrisolti di questa teoria è la relazione tra questi gradi di libertà elementari (che non si osservano liberi) e gli stati fisici che invece si trovano in natura, ovvero gli adroni (come il protone e il neutrone). Al fine di descrivere questa relazione vengono introdotte delle quantità universali chiamate funzioni di distribuzioni partoniche (PDF, Parton Distribution Functions), che connettono la dinamica di quark e gluoni all'interno degli adroni con le proprietà macroscopiche di questi ultimi. La maggior parte delle informazioni disponibili finora sulla struttura adronica derivano dallo studio dei processi di diffusione leptone-
è possibile investigare la struttura di quest'ultimo con una risoluzione proporzionale all'energia del fotone, accedendo in tal modo a regioni di spazio molto più piccole rispetto alle dimensioni lineari del protone. Negli ultimi anni, sono stati sviluppati strumenti teorici sempre più sofisticati, che permettono di elaborare immagini tomografiche dei quark e dei gluoni all'interno del nucleone attraverso l'introduzione di opportune funzioni di struttura, ovvero le GPD (Generalized Parton Distributions) e le TMD (Transverse Momentum Dependent distributions). L'estrazione di queste nuove quantità è uno degli obiettivi principali del programma di fisica del Jefferson Lab, che permetterà di accedere ad esse con una precisione mai raggiunta.