Charmonium overraskelse på LHCb

I dag, LHCb -eksperimentet på CERN præsenterede en måling af masserne af to bestemte partikler med en præcision, der er uden fortilfælde ved en hadron -kollider for denne type partikler. Indtil nu, den præcise undersøgelse af disse "charmonium" -partikler, uvurderlig kilde til indsigt i den subatomære verden, krævede dedikerede eksperimenter for at blive bygget.

"Takket være dette resultat, LHCb -samarbejdet åbner en ny vej til præcisionsmålinger af charmoniumpartikler ved hadronkollidatorer, det var uventet af fysiksamfundet", siger Giovanni Passaleva, Talsmand for LHCb -samarbejdet. Ja, denne form for måling syntes umulig indtil for nylig.

De to partikler, χc1 og χc2, er ophidsede tilstande for en bedre kendt partikel kaldet J/ψ. En ophidset tilstand er en partikel, der har en højere indre energi, nemlig en messe, end den absolutte minimumskonfiguration, der er tilladt. J/ψ mesonen og dens ophidsede tilstande, også omtalt som charmonium, er dannet af en charmekvark og dens antimateriekorrespondent, en charme antikvark, bundet sammen af ​​den stærke atomkraft. Den J/ψ revolutionære observation i november 1974 udløste hurtige ændringer i højenergifysik på det tidspunkt, og tjente sine opdagere Nobelprisen i fysik. Ligesom almindelige atomer, en meson kan observeres i spændte tilstande, hvor de to kvarker bevæger sig rundt om hinanden i forskellige konfigurationer, og på grund af Einsteins berømte ækvivalens af energi og masse, efter et lille stykke tid kan de forsvinde og omdannes til nogle andre partikler med lavere masse. LHCb -eksperimentet undersøgt, for første gang, den særlige transformation af χc1 og χc2 mesoner, der henfalder til en J/ψ partikel og et par muoner for at bestemme nogle af deres egenskaber meget præcist.

Tidligere undersøgelser af χc1 og χc2 ved partikelkolliderer har udnyttet en anden form for henfald af disse partikler, med en foton i den endelige tilstand i stedet for et par muoner. Imidlertid, at måle energien af ​​en foton er eksperimentelt meget udfordrende i det barske miljø af en hadronkollider. På grund af LHCb -detektorens specialiserede evner til måling af baner og egenskaber for ladede partikler som muoner, og udnyttelse af det store datasæt akkumuleret under den første og anden kørsel af LHC frem til slutningen af ​​2016, det var muligt at observere de to ophidsede partikler med en fremragende masseopløsning. Udnytter dette nye forfald med to muoner i den endelige tilstand, de nye målinger af χc1- og χc2-masser og naturlige bredder har en lignende præcision og er i god overensstemmelse med dem, der er opnået ved tidligere dedikerede eksperimenter, der blev bygget med en specifik eksperimentel tilgang, der er meget forskellig fra den, der anvendes ved kollidere.

"Ikke alene er vi ikke længere forpligtet til at ty til specialbyggede eksperimenter til sådanne undersøgelser, "fortsætter Passaleva, "men også, i den nærmeste fremtid, vi vil være i stand til at tænke på at anvende en lignende tilgang til studiet af en lignende klasse af partikler, kendt som bottomonium, hvor charmekvarker erstattes med skønhedskvarker. "Disse nye målinger, sammen med fremtidige opdateringer med større datasæt af kollisioner akkumuleret ved LHC, vil tillade nye, strenge test af forudsigelser af kvantekromodynamik (QCD), som er teorien, der beskriver den stærke atomkrafts adfærd, bidrager til udfordringen med fuldt ud at forstå de undvigende træk ved dette grundlæggende samspil med naturen.