Los físicos de la Universidad Estatal de Florida están utilizando colisiones de fotones y protones para capturar partículas en una región energética inexplorada. produciendo nuevos conocimientos sobre la materia que une las partes del núcleo.

"Queremos comprender no solo el núcleo, pero todo lo que forma el núcleo, ", dijo Paul Eugenio, profesor de Física de la FSU. Estamos trabajando para comprender las partículas y fuerzas que componen nuestro mundo".

El grupo de física hadrónica de FSU es un miembro destacado de GlueX Collaboration en la Instalación Aceleradora Nacional Thomas Jefferson del Departamento de Energía de EE. UU. El grupo realizó experimentos altamente sofisticados durante todo el día durante meses a lo largo de varios años a partir de 2016. Su objetivo principal es descubrir nueva información sobre el material, llamado campo gluónico, que une a los quarks. Los quarks son partículas fundamentales que crean protones y neutrones.

En un nuevo artículo publicado en Cartas de revisión física , el grupo de física hadrónica de la Universidad Estatal de Florida y sus colaboradores presentaron las primeras mediciones de una partícula subatómica, llamada partícula J / psi, creada a partir de la energía en las colisiones fotón-protón.

"Es realmente genial ver ", dijo el profesor asistente de física Sean Dobbs." Esto está abriendo una nueva frontera de la física ".

Cuando los investigadores realizan estos experimentos, envían un haz de fotones al espectrómetro GlueX donde pasa a través de un recipiente de hidrógeno líquido y reacciona con los protones en el núcleo de estos átomos de hidrógeno. Desde allí, los detectores miden las partículas creadas en estas colisiones, lo que permite a los físicos reconstruir los detalles de la colisión y aprender más sobre las partículas creadas.

Dobbs lo comparó con un accidente automovilístico. Puede que no veas que ocurre el naufragio, pero ves el resultado y puedes trabajar al revés. En este caso, Los investigadores recopilaron entre uno y dos millones de gigabytes de datos por año a través de este proceso para intentar armar el rompecabezas.

La partícula J / psi está compuesta por un par de quarks:un quark encanto y un quark anti-encanto. Al medir la partícula J / psi en estas colisiones, los científicos también pueden buscar la producción de otras partículas subatómicas que contengan quarks encantadores.

Las mediciones se tomaron en un umbral de energía por debajo de donde los estudios anteriores analizaron los niveles de producción, lo que significa que era más sensible a la distribución de los gluones en el protón y sus contribuciones a la masa del protón.

Los científicos encontraron una producción mucho mayor de partículas J / psi de lo esperado, lo que significa que esta estructura gluónica es un gran contribuyente a la masa de la estructura del protón, y así el núcleo en su conjunto. Estas mediciones iniciales sugieren que los gluones contribuyen directamente con más del 80 por ciento de la masa del protón. Otras mediciones de estas reacciones actualmente en curso darán más información sobre cómo se distribuyen los gluones alrededor del nucleón.

Estas mediciones también pusieron en duda las observaciones de los experimentos en el Gran Colisionador de Hadrones, un detector de partículas en el CERN, la Organización Europea de Investigación Nuclear. Allí, los científicos vislumbraron brevemente lo que llaman pentaquarks:partículas de vida corta compuestas por cinco quarks.

Los físicos de la FSU no vieron específicamente pentaquarks en sus datos, lo que ha descartado varios modelos que intentan describir la estructura de estos pentaquarks. Se espera que las mediciones adicionales en curso den una respuesta más definitiva sobre cómo están dispuestos los cinco quarks en estas partículas.