Världens mest avancerade partikelaccelerator för att undersöka kvarkstrukturen i atomkärnan har just charmat fysiker med en ny förmåga. Produktionen av charmkvarkar i J/ψ (J/psi)-partiklar av CEBAF vid Department of Energys Thomas Jefferson National Accelerator Facility bekräftar att anläggningen har utökat området för precisionskärnfysikforskning med elektronstrålar till högre energier.

Detaljer om prestationen presenterades vid American Physical Society April Meeting i Denver.

"Det är fantastiskt att se ämnet för nära-tröskel charmoniumproduktion växa fram under Jefferson Labs 12 GeV-era. Intresset för detta ämne ökar väsentligt av de senaste rapporterna om charmonium pentaquark-stater vid CERN, såväl som implikationer för grundläggande aspekter av kvantkromodynamiken, "sade Robert McKeown, Jefferson Labs biträdande chef för vetenskap.

Kvarker är de grundläggande byggstenarna i partiklarna som bygger vårt synliga universum. Det finns sex kvarkar:upp, ner, konstig, charm, botten och topp. Den minst massiva, upp och ner kvarker, är byggstenarna i protoner och neutroner.

Partiklar som innehåller de minst massiva kvarkarna kräver minst energi för att producera i partikelacceleratorer, som Jefferson Labs anläggning för kontinuerlig elektronstråleaccelerator, en DOE Office of Science User Facility. Till exempel, upp, ner och konstiga kvarkar har länge studerats vid Jefferson Lab. Producerar nästa kvark på listan, dock, krävde mer energi än den ursprungliga CEBAF kunde ge.

Den nya kapaciteten möjliggjordes genom en uppgradering av CEBAF som tredubblade sin ursprungliga konstruerade driftsenergi till 12 miljarder elektronvolt, eller 12 GeV.

"För oss, det är viktigt eftersom du inte kan producera en J/ψ förrän en viss energi, vilket är 8,2 GeV. Före 12 GeV-eran, vi hade inte så höga elektronenergier, "sade Colin Gleason, en postdoktor vid Indiana University. "Men nu, vi kan se hur J/ψs tvärsnitt, som vi kallar det, sätter på. Det finns mycket intressant fysik som du kan studera bara efter formen på hur tvärsnittet ser ut när du ökar strålenergin. "

Gleason och hans kollegor producerar J/ψ -partiklar i experimentet Gluonic Excitations. GlueX är designat för att producera och studera hybridmesoner för att hjälpa kärnfysiker att förstå rollen som gluoner, partiklarna som är ansvariga för att binda kvarkar samman, lek i materiens struktur. GlueX har slutfört sin första fas av datatagning, och det experimentella samarbetet har redan påbörjat förberedelserna för dataanalysfasen.

Experimentet möjliggör också studier av andra fenomen, såsom produktion av J/ψ vid foton-protonkollisioner. J/ψ, upptäcktes 1974, var det första beviset för förekomsten av charmkvarkar.

Medan miljarder av dessa partiklar har producerats i acceleratorer runt om i världen, Jefferson Lab är unik i sin förmåga att studera produktionen av denna partikel vid foton-protonkollisioner vid låga energier, nära produktionströskeln. Preliminär analys av GlueX-data börjar belysa mekanismerna för hur J/ψ produceras. Dessutom, studien av J/ψ-produktion av fotoner inom det energiområde som finns på Jefferson Lab gör det möjligt för kärnfysiker att ta en ny titt på fenomenet fem-kvarkbaroner som nyligen rapporterats av LHCb-experimentet vid CERN.

"Jag kommer att prata om de saker vi mäter när vi letar efter hybridmesoner, och jag kommer att prata om analysen som behövs för att söka efter dem, samt de senaste resultaten från experimentet, såsom J/ψ produktion, " sa Gleason.

Gleason presenterade de preliminära resultaten från GlueX -experimentet vid American Physical Society April Meeting i Denver på söndag, 14 april.