Det första experimentella resultatet har publicerats från den nyligen uppgraderade Continuous Electron Beam Accelerator Facility (CEBAF) vid U.S. Department of Energy's Thomas Jefferson National Accelerator Facility. Resultatet visar att det är möjligt att upptäcka en potentiell ny form av materia för att studera varför kvarkar aldrig finns isolerat.

12 GeV CEBAF -uppgraderingen kostar 338 miljoner dollar, flerårigt projekt för att tredubbla CEBAF:s ursprungliga driftsenergi för att undersöka kvarkstrukturen i atomkärnan. Majoriteten av uppgraderingen är klar och kommer att avslutas 2017.

Forskare har noggrant beställt experimentell utrustning för att förbereda en ny era av kärnfysiska experiment. Dessa aktiviteter har redan lett till det första vetenskapliga resultatet, som kommer från experimentet Gluonic Excitations. GlueX genomför studier av den starka kraften, som limmar samman materia, genom sökningar efter hybrid -mesoner.

Enligt Curtis Meyer, en professor i fysik vid Carnegie Mellon University och talesman för GlueX -experimentet vid Jefferson Lab, dessa hybrid -mesoner är byggda av samma saker som vanliga protoner och neutroner, som är kvarkar bundna av "den starka" kraftens "lim". Men till skillnad från vanliga mesoner, limmet i hybrid -mesoner beter sig annorlunda.

"Grundtanken är att en meson är en kvark och antikvart bunden tillsammans, och vår förståelse är att limmet håller ihop dem. Och det limet manifesterar sig som ett fält mellan kvarkerna. En hybrid meson är en med det starka gluoniska fältet upphetsat, "Förklarar Meyer.

Han säger att genom att producera dessa hybridmesoner kan kärnfysiker studera partiklar där det starka gluonfältet bidrar direkt till deras egenskaper. Hybrid -mesonerna kan i slutändan ge ett fönster till hur subatomära partiklar byggs av den starka kraften, liksom "kvarkavstängning" - varför ingen kvark någonsin har hittats ensam.

"Vi hoppas kunna visa att detta" upphetsade "gluoniska fält är en viktig beståndsdel i materia. Det är något som inte har observerats i någonting som vi har sett hittills. Så, på något vis, det är en ny typ av hadronic materia som inte har observerats, " han säger.

I detta första resultat, data samlades in under en två veckors period efter idrifttagning av utrustning våren 2016. Experimentet producerade två vanliga mesoner som kallas den neutrala pionen och eta, och produktionsmekanismerna för dessa två partiklar studerades noggrant.

Experimentet drar nytta av full energi, 12 GeV -elektronstråle producerad av CEBAF -acceleratorn och levererad till det nya experimentella Hall D -komplexet. Där, 12 GeV-strålen omvandlas till en första i sitt slag 9 GeV-fotonstråle.

"Fotonerna går genom vårt flytande vätemål. Några av dem kommer att interagera med en proton i det målet, något utbyts mellan foton och proton, och något sparkas ut - en meson, "Meyer förklarar." Denna publikation tittade på några av de enklaste mesonerna du kan sparka ut. Men det är samma sak, grundläggande produktionsmekanism som de flesta av våra reaktioner kommer att följa. "

Resultatet publicerades som ett snabbt meddelande i aprilnumret av Fysisk granskning C . Det visade att den linjära polarisationen av fotonstrålen ger viktig information genom att utesluta möjliga mesonproduktionsmekanismer.

"Det är inte så mycket att partiklarna vi skapade var intressanta, men hur de producerades:Lär dig vilka reaktioner som var viktiga för att göra dem, "Säger Meyer.

Nästa steg för samarbetet är ytterligare analys av data som redan samlats in och förberedelser inför nästa experimentkörning till hösten.

"Jag är säker på att vi redan har producerat hybridmesoner, vi har bara inte tillräckligt med data för att börja leta efter dem ännu, "Säger Meyer." Det finns ett antal steg som vi går igenom när det gäller att förstå detektorn och vår analys. Vi gör grunden nu, så att vi kan lita på att vi förstår saker tillräckligt bra för att vi ska kunna validera resultat vi kommer att få i framtiden. "

"Denna nya experimentella anläggning - Hall D - byggdes av dedikerade ansträngningar från Jefferson Lab -personalen och GlueX -samarbetet, "säger Eugene Chudakov, Gruppledare i hall D. "Det är trevligt att se att all utrustning, inklusive komplexa partikeldetektorer, fungerar som planerat, och det spännande vetenskapliga programmet har framgångsrikt börjat. "

12 GeV CEBAF -uppgraderingsprojektet är i sin sista arbetsfas och beräknas vara klart i september. Andra stora experimentella drag för den uppgraderade CEBAF inkluderar forskning som möjliggör de första ögonblicksbilderna av 3D -strukturen för protoner och neutroner, detaljerade undersökningar av kärnornas inre dynamik och kvark-gluonstruktur, och tester av grundläggande teorier om materia.