El acelerador de partículas más avanzado del mundo para investigar la estructura de quarks del núcleo del átomo acaba de cautivar a los físicos con una nueva capacidad. La producción de quarks encantadores en partículas J / ψ (J / psi) por CEBAF en la Instalación Aceleradora Nacional Thomas Jefferson del Departamento de Energía confirma que la instalación ha expandido el ámbito de la investigación de física nuclear de precisión con haces de electrones a energías más altas.

Los detalles del logro se presentaron en la reunión de abril de la Sociedad Estadounidense de Física en Denver.

"Es fantástico ver surgir el tema de la producción de charmonium cerca del umbral en la era de 12 GeV de Jefferson Lab. El interés en este tema ha aumentado sustancialmente con los informes recientes de estados de charmonium pentaquark en el CERN, así como las implicaciones para los aspectos fundamentales de la cromodinámica cuántica, "dijo Robert McKeown, Director adjunto de ciencia de Jefferson Lab.

Los quarks son los bloques de construcción básicos de las partículas que construyen nuestro universo visible. Hay seis quarks:arriba, abajo, extraño, encanto, inferior y superior. El menos masivo, quarks arriba y abajo, son los componentes básicos de los protones y neutrones.

Las partículas que contienen los quarks menos masivos requieren la menor cantidad de energía para producirse en aceleradores de partículas, como la instalación aceleradora de haz de electrones continuo de Jefferson Lab, una instalación para usuarios de la Oficina de Ciencias del DOE. Por ejemplo, hasta, Los quarks down y extraños se han estudiado durante mucho tiempo en Jefferson Lab. Produciendo el siguiente quark en la lista, sin embargo, requería más energía de la que podía proporcionar el CEBAF original.

La nueva capacidad fue posible gracias a una actualización de CEBAF que triplicó su energía operativa de diseño original a 12 mil millones de electrón-voltios, o 12 GeV.

"Para nosotros, es importante porque no puedes producir un J / ψ hasta una cierta energía, que es 8.2 GeV. Antes de la era de los 12 GeV, no teníamos energías de electrones tan altas, "dijo Colin Gleason, becario de investigación postdoctoral en la Universidad de Indiana. "Pero ahora, podemos ver cómo la sección transversal de J / ψ, como lo llamamos, encender. Hay algo de física muy interesante que puedes estudiar simplemente por la forma de cómo se ve la sección transversal a medida que aumentas la energía del haz ".

Gleason y sus colegas producen partículas J / ψ en el Experimento de excitaciones gluónicas. GlueX está diseñado para producir y estudiar mesones híbridos para ayudar a los físicos nucleares a comprender el papel que cumplen los gluones las partículas responsables de unir los quarks, jugar en la estructura de la materia. GlueX ha completado su primera fase de toma de datos, y la colaboración experimental ya ha comenzado los preparativos para la fase de análisis de datos.

El experimento también permite el estudio de otros fenómenos, como la producción de J / ψ en colisiones fotón-protón. El J / ψ, descubierto en 1974, fue la primera evidencia de la existencia de quarks encantadores.

Si bien miles de millones de estas partículas se han producido en aceleradores de todo el mundo, Jefferson Lab es único en su capacidad para estudiar la producción de esta partícula en colisiones de fotones y protones a bajas energías. cerca del umbral de producción. El análisis preliminar de los datos de GlueX está comenzando a dilucidar los mecanismos de cómo se produce J / ψ. Además, El estudio de la producción de J / ψ por fotones en el rango de energía disponible en Jefferson Lab permite a los físicos nucleares echar una nueva mirada al fenómeno de los bariones de cinco quarks del que se informó recientemente en el experimento LHCb del CERN.

"Hablaré de las cosas que medimos cuando buscamos mesones híbridos, y hablaré del análisis necesario para buscarlos, así como los resultados recientes del experimento, como la producción de J / ψ, "Dijo Gleason.

Gleason presentó los resultados preliminares del experimento GlueX en la reunión de abril de la American Physical Society en Denver el domingo, 14 de abril.