CEBAF tænder charmen

Verdens mest avancerede partikelaccelerator til undersøgelse af kvarkstrukturen i atomets kerne har netop charmeret fysikere med en ny kapacitet. Produktionen af ​​charmekvarker i J/ψ (J/psi) partikler af CEBAF ved energiministeriets Thomas Jefferson National Accelerator Facility bekræfter, at anlægget har udvidet området for præcis atomfysisk forskning med elektronstråler til højere energier.

Detaljer om præstationen blev præsenteret på American Physical Society April Meeting i Denver.

"Det er fantastisk at se emnet for nær-tærskel charmoniumproduktion dukke op i Jefferson Labs 12 GeV-æra. Interessen for dette emne øges væsentligt af nylige rapporter om charmonium pentaquark-stater ved CERN, samt konsekvenser for grundlæggende aspekter af Quantum Chromodynamics, "sagde Robert McKeown, Jefferson Labs vicedirektør for videnskab.

Kvarker er de grundlæggende byggesten i partiklerne, der bygger vores synlige univers. Der er seks kvarker:op, ned, mærkelig, charme, bund og top. Den mindst massive, op og ned kvarker, er byggestenene i protoner og neutroner.

Partikler, der indeholder de mindst massive kvarker, kræver mindst energi til at producere i partikelacceleratorer, såsom Jefferson Labs kontinuerlige elektronstråleacceleratorfacilitet, en DOE Office of Science brugerfacilitet. For eksempel, op, ned og mærkelige kvarker er længe blevet undersøgt på Jefferson Lab. Producerer den næste kvark på listen, imidlertid, krævede mere energi, end den originale CEBAF kunne levere.

Den nye kapacitet blev muliggjort ved en opgradering af CEBAF, der tredoblede sin oprindelige design-driftsenergi til 12 milliarder elektronvolt, eller 12 GeV.

"For os, det er vigtigt, fordi du ikke kan producere en J/ψ, før en bestemt energi, hvilket er 8,2 GeV. Før den 12 GeV -æra, vi havde ikke elektroner så høje, "sagde Colin Gleason, en postdoktor ved Indiana University. "Men nu, vi kan se, hvordan J/ψs tværsnit, som vi kalder det, tænder. Der er en meget interessant fysik, som du kan studere bare ud fra formen af, hvordan tværsnittet ser ud, når du øger strålenergien. "

Gleason og hans kolleger producerer J/ψ partikler i Gluonic Excitations Experiment. GlueX er designet til at producere og studere hybrid mesoner for at hjælpe atomfysikere med at forstå den rolle, som gluoner, partiklerne, der er ansvarlige for at binde kvarker sammen, spiller i stofets struktur. GlueX har afsluttet sin første fase af datatagning, og det eksperimentelle samarbejde har allerede påbegyndt forberedelserne til dataanalysefasen.

Eksperimentet giver også mulighed for at studere andre fænomener, såsom produktion af J/ψ ved foton-protonkollisioner. J/ψ, opdaget i 1974, var det første bevis for eksistensen af ​​charmekvarker.

Mens milliarder af disse partikler er blevet produceret i acceleratorer rundt om i verden, Jefferson Lab er unik i sin evne til at studere produktionen af ​​denne partikel ved foton-protonkollisioner ved lave energier, tæt på produktionstærsklen. Foreløbig analyse af GlueX -data begynder at belyse mekanismerne for, hvordan J/ψ produceres. Ud over, Undersøgelsen af ​​J/ψ-produktion af fotoner inden for det energiområde, der er tilgængelig på Jefferson Lab, gør det muligt for atomfysikere at se nyt på fænomenet fem-kvark-baryoner, der for nylig blev rapporteret af LHCb-eksperimentet på CERN.

"Jeg vil tale om de ting, vi måler, når vi leder efter hybrid mesoner, og jeg vil tale om den analyse, der er nødvendig for at søge efter dem, samt de seneste resultater fra forsøget, såsom J/ψ produktion, "Sagde Gleason.

Gleason præsenterede de foreløbige resultater fra GlueX -eksperimentet på American Physical Society April Meeting i Denver søndag, 14. april.