O primeiro resultado experimental foi publicado a partir da Instalação do Acelerador de Feixe de Elétrons Contínuos (CEBAF) recentemente atualizada no Departamento de Energia dos EUA, Thomas Jefferson National Accelerator Facility. O resultado demonstra a viabilidade de detectar uma nova forma potencial de matéria para estudar por que os quarks nunca são encontrados isoladamente.

A atualização de 12 GeV CEBAF custa US $ 338 milhões, projeto plurianual para triplicar a energia operacional original do CEBAF para investigar a estrutura de quarks do núcleo do átomo. A maior parte da atualização está concluída e terminará em 2017.

Os cientistas têm encomendado rigorosamente o equipamento experimental para se preparar para uma nova era de experimentos de física nuclear. Essas atividades já levaram ao primeiro resultado científico, que vem do Experimento de Excitações Gluônicas. GlueX realiza estudos da força forte, quais colas importam juntas, através de pesquisas por mésons híbridos.

De acordo com Curtis Meyer, professor de física na Carnegie Mellon University e porta-voz do experimento GlueX no Jefferson Lab, esses mésons híbridos são feitos da mesma substância que prótons e nêutrons comuns, que são quarks unidos pela "cola" da força forte. Mas, ao contrário dos mésons comuns, a cola em mésons híbridos se comporta de maneira diferente.

"A ideia básica é que um mesão é um quark e um antiquark unidos, e nosso entendimento é que a cola os mantém unidos. E essa cola se manifesta como um campo entre os quarks. Um méson híbrido é aquele com um forte campo gluônico sendo excitado, "Meyer explica.

Ele diz que a produção desses mésons híbridos permite que os físicos nucleares estudem partículas nas quais o forte campo gluônico está contribuindo diretamente para suas propriedades. Os mésons híbridos podem, em última análise, fornecer uma janela sobre como as partículas subatômicas são construídas pela força forte, bem como "confinamento de quark" - por que nenhum quark jamais foi encontrado sozinho.

"Esperamos mostrar que esse campo gluônico" excitado "é um importante constituinte da matéria. Isso é algo que não foi observado em nada que vimos até agora. Então, em algum sentido, é um novo tipo de matéria hadrônica que não foi observada, " ele diz.

Neste primeiro resultado, os dados foram coletados ao longo de um período de duas semanas após o comissionamento do equipamento na primavera de 2016. O experimento produziu dois mésons comuns chamados de píon neutro e eta, e os mecanismos de produção dessas duas partículas foram cuidadosamente estudados.

O experimento aproveita a energia total, Feixe de elétrons de 12 GeV produzido pelo acelerador CEBAF e entregue no novo complexo experimental Hall D. Lá, o feixe de 12 GeV é convertido em um feixe de fótons de 9 GeV, o primeiro de seu tipo.

"Os fótons passam por nosso alvo de hidrogênio líquido. Alguns deles vão interagir com um próton nesse alvo, algo é trocado entre o fóton e o próton, e algo é expulso - um mesão, "Meyer explica." Esta publicação analisou alguns dos mésons mais simples que você poderia expulsar. Mas é o mesmo, mecanismo básico de produção que a maioria de nossas reações seguirá. "

O resultado foi publicado como Comunicação Rápida na edição de abril da Revisão Física C . Ele demonstrou que a polarização linear do feixe de fótons fornece informações importantes ao descartar possíveis mecanismos de produção de mésons.

"Não é tanto que as partículas que criamos fossem interessantes, mas como foram produzidos:aprender quais reações foram importantes para fazê-los, "Meyer diz.

O próximo passo para a colaboração é uma análise mais aprofundada dos dados já coletados e os preparativos para a próxima execução experimental no outono.

"Tenho certeza de que já produzimos mesons híbridos, simplesmente não temos dados suficientes para começar a procurá-los ainda, "Meyer diz." Há uma série de etapas pelas quais estamos passando em termos de compreensão do detector e de nossa análise. Estamos fazendo o trabalho de base agora, para que possamos ter a confiança de que entendemos as coisas bem o suficiente para que possamos validar os resultados que obteremos no futuro. "

"Esta nova instalação experimental - Hall D - foi construída por esforços dedicados da equipe do Jefferson Lab e da colaboração GlueX, "diz Eugene Chudakov, Líder do grupo Hall D. "É bom ver que todo o equipamento, incluindo detectores de partículas complexas, está operando conforme planejado, e o emocionante programa científico começou com sucesso. "

O projeto de atualização de 12 GeV CEBAF está em sua última fase de trabalho e tem conclusão prevista para setembro. Outros grandes avanços experimentais para o CEBAF atualizado incluem pesquisas que permitirão os primeiros instantâneos da estrutura 3D de prótons e nêutrons, explorações detalhadas da dinâmica interna e estrutura quark-gluon dos núcleos, e testes de teorias fundamentais da matéria.