Hoje, o experimento LHCb no CERN apresentou uma medição das massas de duas partículas particulares com uma precisão sem precedentes em um colisor de hadron para este tipo de partículas. Até agora, o estudo preciso dessas partículas de "carvão", fonte inestimável de insights sobre o mundo subatômico, requeria a construção de experimentos dedicados.

“Graças a este resultado, a colaboração do LHCb abre um novo caminho para medições precisas de partículas de charmonium em aceleradores de hadron, que foi inesperado pela comunidade da física ", diz Giovanni Passaleva, Porta-voz da colaboração LHCb. De fato, esse tipo de medição parecia impossível até recentemente.

As duas partículas, χc1 e χc2, são estados excitados de uma partícula mais conhecida chamada J / ψ. Um estado excitado é uma partícula que tem uma energia interna mais alta, ou seja, uma missa, do que a configuração mínima absoluta permitida. O mesão J / ψ e seus estados excitados, também conhecido como charmonium, são formados por um quark charme e seu correspondente de antimatéria, um charme antiquark, unidos pela forte força nuclear. A observação revolucionária J / ψ em novembro de 1974 desencadeou mudanças rápidas na física de alta energia da época, e ganhou seus descobridores o Prêmio Nobel de Física. Assim como átomos comuns, um méson pode ser observado em estados excitados, onde os dois quarks se movem em diferentes configurações, e por causa da famosa equivalência de energia e massa de Einstein, depois de um pequeno período de tempo, eles podem desaparecer e se transformar em algumas outras partículas de massa inferior. O experimento LHCb estudado, pela primeira vez, a transformação particular de mésons χc1 e χc2 decaindo em uma partícula J / ψ e um par de múons a fim de determinar algumas de suas propriedades com muita precisão.

Estudos anteriores de χc1 e χc2 em compactadores de partículas exploraram outro tipo de decaimento dessas partículas, apresentando um fóton no estado final em vez de um par de múons. Contudo, medir a energia de um fóton é experimentalmente muito desafiador no ambiente hostil de um colisor de hadron. Devido às capacidades especializadas do detector LHCb na medição de trajetórias e propriedades de partículas carregadas, como múons, e explorar o grande conjunto de dados acumulado durante a primeira e a segunda execuções do LHC até o final de 2016, foi possível observar as duas partículas excitadas com excelente resolução de massa. Explorando este romance decadência com dois múons no estado final, as novas medidas de χc1 e χc2 de massas e larguras naturais têm uma precisão semelhante e estão em boa concordância com aquelas obtidas em experimentos dedicados anteriores que foram construídos com uma abordagem experimental específica muito diferente daquela em uso em aceleradores.

"Não apenas não somos mais obrigados a recorrer a experimentos específicos para tais estudos, "continua Passaleva, "mas também, no futuro próximo, seremos capazes de pensar sobre a aplicação de uma abordagem semelhante para o estudo de uma classe semelhante de partículas, conhecido como bottomonium, onde quarks charme são substituídos por quarks de beleza. "Essas novas medidas, junto com atualizações futuras com conjuntos de dados maiores de colisões acumuladas no LHC, permitirá novo, testes rigorosos das previsões da cromodinâmica quântica (QCD), que é a teoria que descreve o comportamento da força nuclear forte, contribuindo para o desafio de compreender plenamente as características elusivas desta interação fundamental da natureza.