I dag, LHCb -experimentet vid CERN presenterade en mätning av massorna av två specifika partiklar med en precision som saknar motstycke vid en hadronkollider för denna typ av partiklar. Tills nu, den exakta studien av dessa "charmonium" -partiklar, ovärderlig källa till insikter i den subatomära världen, krävde dedikerade experiment för att byggas.

"Tack vare detta resultat LHCb -samarbetet öppnar en ny väg för precisionsmätningar av charmoniumpartiklar vid hadronkollidatorer, det var oväntat av fysikgemenskapen ", säger Giovanni Passaleva, Talesperson för LHCb -samarbetet. Verkligen, denna typ av mätning verkade omöjlig tills nyligen.

De två partiklarna, χc1 och χc2, är upphetsade tillstånd av en mer känd partikel som kallas J/ψ. Ett upphetsat tillstånd är en partikel som har en högre inre energi, nämligen en massa, än den absoluta minimikonfiguration som är tillåten. J/ψ meson och dess upphetsade tillstånd, även kallad charmonium, bildas av en charmkvark och dess antimateriekorrespondent, en charmantikvar, bundna av den starka kärnkraften. Den J/ψ revolutionära observationen i november 1974 utlöste snabba förändringar i högenergifysik vid den tiden, och fick sina upptäckare Nobelpriset i fysik. Precis som vanliga atomer, en meson kan observeras i upphetsade tillstånd där de två kvarkerna rör sig runt varandra i olika konfigurationer, och på grund av Einsteins berömda ekvivalens mellan energi och massa, efter en liten tid kan de försvinna och förvandlas till andra partiklar med lägre massor. LHCb -experimentet studerades, för första gången, den speciella transformationen av χc1 och χc2 -mesoner som förfaller till en J/ψ -partikel och ett par muoner för att bestämma några av deras egenskaper mycket exakt.

Tidigare studier av χc1 och χc2 vid partikelkolliderare har utnyttjat en annan typ av sönderfall av dessa partiklar, med en foton i slutläget istället för ett par muoner. Dock, att mäta energin hos en foton är experimentellt mycket utmanande i den tuffa miljön hos en hadronkollider. På grund av LHCb -detektorns specialiserade förmåga att mäta banor och egenskaper hos laddade partiklar som muoner, och utnyttja den stora datamängden som ackumulerades under de första och andra körningarna av LHC fram till slutet av 2016, det var möjligt att observera de två upphetsade partiklarna med en utmärkt massupplösning. Att utnyttja detta nya förfall med två muoner i det slutliga tillståndet, de nya mätningarna av χc1 och χc2 massor och naturliga bredder har en liknande precision och stämmer väl överens med de som erhållits vid tidigare dedikerade experiment som byggdes med ett specifikt experimentellt tillvägagångssätt som skiljer sig mycket från det som används vid kolliderare.

"Inte nog med att vi inte längre är skyldiga att tillgripa specialbyggda experiment för sådana studier, "fortsätter Passaleva, "men också, Inom en snar framtid, vi kommer att kunna tänka på att tillämpa ett liknande tillvägagångssätt för att studera en liknande klass av partiklar, känd som bottomonium, där charmkvarker ersätts med skönhetskvarker. "Dessa nya mått, tillsammans med framtida uppdateringar med större datamängder av kollisioner ackumulerade vid LHC, kommer att tillåta nya, stränga tester av förutsägelser av kvantkromodynamik (QCD), som är teorin som beskriver beteendet hos den starka kärnkraften, bidrar till utmaningen att fullt ut förstå de svårfångade egenskaperna hos denna grundläggande naturinteraktion.