Florida State University fysiker använder foton-proton kollisioner för att fånga partiklar i en outforskad energi region, ger ny insikt i den materia som binder delar av kärnan samman.

"Vi vill förstå inte bara kärnan, men allt som utgör kärnan, "sa FSU -professor i fysik Paul Eugenio." Vi arbetar med att förstå partiklarna och krafterna som utgör vår värld. "

FSU:s hadronic fysikgrupp är en ledande medlem i GlueX Collaboration vid US Department of Energy's Thomas Jefferson National Accelerator Facility. Gruppen körde mycket sofistikerade experiment dygnet runt i flera månader i taget under flera år från och med 2016. Deras främsta mål är att få fram ny information om materialet - kallat gluonfältet - som knyter samman kvarker. Kvarker är grundläggande partiklar som skapar protoner och neutroner.

I en ny artikel publicerad i Fysiska granskningsbrev , hadronic-fysikgruppen vid Florida State University och deras medarbetare lade fram de första mätningarna någonsin av en subatomär partikel-kallad J/psi-partikeln-skapad av energin i foton-protonkollisionerna.

"Det är riktigt kul att se, "sade biträdande professor i fysik Sean Dobbs." Detta öppnar en ny fysikgräns. "

När forskare kör dessa experiment, de spränger en fotonstråle in i GlueX -spektrometern där den passerar genom en behållare med flytande väte och reagerar med protonerna i kärnan i dessa väteatomer. Därifrån, detektorerna mäter partiklarna som skapas vid dessa kollisioner, vilket gör att fysiker kan rekonstruera detaljerna i kollisionen och lära sig mer om de skapade partiklarna.

Dobbs jämförde det med ett bilvrak. Du kanske inte ser vraket hända, men du ser resultatet och kan arbeta bakåt. I detta fall, forskare samlade omkring en till två miljoner gigabyte data per år genom denna process för att försöka sätta ihop pusslet.

J/psi-partikeln består av ett par kvarker-en charmkvark och en antikänslarkvark. Vid mätning av J/psi -partikeln vid dessa kollisioner, forskare kan också leta efter produktionen av andra charmkvarkinnehållande subatomära partiklar.

Mätningarna gjordes vid en energitröskel under där tidigare studier tittade på produktionsnivåer, vilket betyder att den var mer känslig för fördelningen av gluonerna i protonen och deras bidrag till protonmassan.

Forskare fann en mycket större produktion av J/psi -partiklar än förväntat, vilket betyder att denna gluoniska struktur är en stor bidragande faktor till massan av protonstrukturen, och därmed kärnan som helhet. Dessa inledande mätningar tyder på att gluonerna direkt bidrar med mer än 80 procent av protonens massa. Ytterligare mätningar av dessa pågående reaktioner kommer att ge mer inblick i hur gluonerna fördelas runt nukleonen.

Dessa mätningar ifrågasatte också observationer från experiment på Large Hadron Collider, en partikeldetektor vid CERN, Europeiska organisationen för kärnforskning. Forskare där skymtade kort vad de kallar pentaquarks - kortlivade partiklar gjorda av fem kvarker.

FSU -fysiker såg inte specifikt pentaquarks i sina data, som har uteslutit flera modeller som försöker beskriva strukturen hos dessa pentaquarks. Ytterligare mätningar pågår förväntas ge ett mer definitivt svar på hur de fem kvarkerna är ordnade i dessa partiklar.