O acelerador de partículas mais avançado do mundo para investigar a estrutura de quark do núcleo do átomo acaba de encantar os físicos com uma nova capacidade. A produção de charme quarks em partículas J / ψ (J / psi) pelo CEBAF no Departamento de Energia Thomas Jefferson National Accelerator Facility confirma que a instalação expandiu o domínio da pesquisa de física nuclear de precisão com feixes de elétrons para energias mais altas.

Os detalhes da conquista foram apresentados na reunião de abril da American Physical Society em Denver.

"É ótimo ver o assunto da produção de charmonium próximo ao limiar emergir na era de 12 GeV do Jefferson Lab. O interesse neste tópico é substancialmente aumentado por relatórios recentes dos estados de charmonium pentaquark no CERN, bem como implicações para aspectos fundamentais da cromodinâmica quântica, "disse Robert McKeown, Diretor Adjunto de Ciência do Jefferson Lab.

Quarks são os blocos básicos de construção das partículas que constroem nosso universo visível. Existem seis quarks:up, baixa, estranho, charme, inferior e superior. O menos massivo, quarks up e down, são os blocos de construção constituintes dos prótons e nêutrons.

Partículas contendo quarks menos massivos requerem menos energia para produzir em aceleradores de partículas, como o Continuous Electron Beam Accelerator Facility do Jefferson Lab, um DOE Office of Science User Facility. Por exemplo, acima, Down e quarks estranhos têm sido estudados há muito tempo no Jefferson Lab. Produzindo o próximo quark da lista, Contudo, exigia mais energia do que o CEBAF original poderia fornecer.

A nova capacidade foi possibilitada por uma atualização do CEBAF que triplicou a energia operacional do projeto original para 12 bilhões de elétron-volts, ou 12 GeV.

"Para nós, é importante porque você não pode produzir um J / ψ até uma certa energia, que é de 8,2 GeV. Antes da era 12 GeV, não tínhamos energias de elétrons tão altas, "disse Colin Gleason, um pesquisador de pós-doutorado na Universidade de Indiana. "Mas agora, podemos ver como a seção transversal de J / ψ, como o chamamos, Liga. Há uma física muito interessante que você pode estudar apenas pela forma de como a seção transversal se parece à medida que aumenta a energia do feixe. "

Gleason e seus colegas produzem partículas J / ψ no Experimento de Excitações Gluônicas. GlueX é projetado para produzir e estudar mésons híbridos para ajudar os físicos nucleares a entender o papel que os glúons, as partículas responsáveis ​​por unir os quarks, brincar na estrutura da matéria. GlueX concluiu sua primeira fase de obtenção de dados, e a colaboração experimental já começou os preparativos para a fase de análise de dados.

O experimento também permite o estudo de outros fenômenos, como a produção de J / ψ em colisões fóton-próton. O J / ψ, descoberto em 1974, foi a primeira evidência da existência de quarks charme.

Embora bilhões dessas partículas tenham sido produzidas em aceleradores ao redor do mundo, O Jefferson Lab é único em sua capacidade de estudar a produção desta partícula em colisões fóton-próton em baixas energias, perto do limite de produção. A análise preliminar dos dados do GlueX está começando a elucidar os mecanismos de como J / ψ é produzido. Além disso, o estudo da produção de J / ψ por fótons na faixa de energia disponível no Jefferson Lab permite aos físicos nucleares dar uma olhada no fenômeno dos bárions de cinco quarks recentemente relatados pelo experimento LHCb no CERN.

"Vou falar sobre as coisas que medimos quando procuramos por mésons híbridos, e falarei sobre a análise necessária para procurá-los, bem como os resultados recentes do experimento, como produção J / ψ, "Gleason disse.

Gleason apresentou os resultados preliminares do experimento GlueX no American Physical Society April Meeting em Denver no domingo, 14 de abril.