Een experiment dat tot doel heeft nieuw inzicht te krijgen in de kracht die alle materie samenbindt, heeft onlangs de eerste fase van gegevensverzameling voltooid bij de Thomas Jefferson National Accelerator Facility van het Amerikaanse ministerie van Energie.

Het experiment met gluonische excitaties, of GlueX, is ontworpen om hybride mesonen te produceren en te bestuderen, dat zijn deeltjes die zijn opgebouwd uit hetzelfde materiaal als gewone protonen en neutronen:quarks aan elkaar gebonden door de "lijm" van de sterke kracht. Maar in tegenstelling tot gewone mesonen, de lijm in hybride mesonen gedraagt ​​zich anders door actief bij te dragen aan de eigenschappen van de deeltjes.

"Een meson is een quark en een antiquark die met elkaar verbonden zijn. Ons begrip is dat de lijm die bij elkaar houdt, en die lijm manifesteert zich als een veld tussen de quarks. Een hybride meson is er een waarbij dat sterke gluonisch veld wordt opgewekt, " zei Curtis Meyer, een professor in de natuurkunde aan de Carnegie Mellon University en woordvoerder van het GlueX-experiment.

Een glimp opvangen van de openlijke actie van de sterke kracht in hybride mesonen zal kernfysici een nieuw perspectief bieden op hoe subatomaire deeltjes worden gebouwd door de sterke kracht. Het biedt ook een unieke kans om 'quark-opsluiting' te onderzoeken - waarom geen enkele quark ooit alleen is gevonden.

Eind november is de eerste fase van dit experiment succesvol afgerond. Het begon in 2016 en heeft vier looptijden voltooid, het verzamelen van meer dan vier petabytes aan gegevens voor analyse.

"Tot nu toe, gegevens van de eerste twee hiervan, dat is ongeveer 20 procent van alle gegevens, zijn geanalyseerd, ' zei Meijer.

Hij zei dat er nog geen hybride mesonen in de gegevens zijn geïdentificeerd, hoewel een dergelijk resultaat in dit stadium van de analyse niet verrassend is. Het GlueX-experiment is ontworpen om het spectrum van mesonen, inclusief hybride mesonen, voor studie om meer te leren over quark-opsluiting en de rol van de sterke kracht in dit fenomeen. In de huidige analyse de samenwerking heeft al verschillende andere leden van het mesonenspectrum geïdentificeerd die ze verwachtten te zien.

"En de vroege resultaten van de natuurkunde zijn al aan de gemeenschap gecommuniceerd in één tijdschriftartikel en vele conferentiepresentaties, ' zei Meijer.

Meer publicaties bevinden zich in de definitieve beoordelingsstatus en zullen naar verwachting in 2019 verschijnen. Meyer zei dat de GlueX-samenwerking ernaar uitkijkt om haar onderzoek uit te voeren met de volledige dataset uit de eerste fase, een doel dat al twee decennia in de maak is.

"Ik ben verbijsterd. We werken al meer dan 20 jaar om op dit punt te komen, en nu hebben we eindelijk de eerste gegevensronde, "zei Meyer. "Nu, we werken aan data-analyse om te zien wat we kunnen leren."

De volgende fase van GlueX start naar verwachting in het najaar van 2019. In die fase zal een extra detectiesysteem, genaamd de GlueX DIRC, voor detectie van intern gereflecteerde Cherenkov-lichtdetector, wordt geïnstalleerd om het vermogen van het experiment om verschillende soorten mesonen positief te identificeren aan de hand van de smaken van quarks die ze bevatten, te verbeteren.

Het experiment werd mogelijk gemaakt door de onlangs voltooide 12 GeV-upgrade van de Continuous Electron Beam Accelerator Facility van het laboratorium, een DOE Office of Science User Facility voor kernfysica. De 12 GeV CEBAF-upgrade was $ 338 miljoen, meerjarig project om de oorspronkelijke operationele energie van CEBAF te verdrievoudigen voor het onderzoeken van de quarkstructuur van de atoomkern. De upgrade werd in 2017 voltooid en eerder dit jaar ingewijd.