'S Werelds meest geavanceerde deeltjesversneller voor het onderzoeken van de quarkstructuur van de atoomkern heeft natuurkundigen zojuist gecharmeerd met een nieuwe mogelijkheid. De productie van charm-quarks in J/ψ (J/psi)-deeltjes door CEBAF in de Thomas Jefferson National Accelerator Facility van het Department of Energy bevestigt dat de faciliteit het domein van nauwkeurig kernfysisch onderzoek met elektronenstralen heeft uitgebreid naar hogere energieën.

Details van de prestatie werden gepresenteerd op de American Physical Society April Meeting in Denver.

"Het is geweldig om te zien dat het onderwerp van bijna-drempelige charmoniumproductie opduikt in het 12 GeV-tijdperk van Jefferson Lab. De belangstelling voor dit onderwerp is aanzienlijk toegenomen door recente rapporten van charmonium-pentaquarkstaten bij CERN, evenals implicaties voor fundamentele aspecten van Quantum Chromodynamica, " zei Robert McKeown, Jefferson Lab's adjunct-directeur voor Wetenschap.

Quarks zijn de basisbouwstenen van de deeltjes die ons zichtbare universum vormen. Er zijn zes quarks:omhoog, omlaag, vreemd, charme, onder en boven. De minst massieve, op en neer quarks, zijn de samenstellende bouwstenen van protonen en neutronen.

Deeltjes die de minst massieve quarks bevatten, hebben de minste energie nodig om te produceren in deeltjesversnellers, zoals de continue elektronenstraalversnellerfaciliteit van Jefferson Lab, een DOE Office of Science gebruikersfaciliteit. Bijvoorbeeld, omhoog, down en vreemde quarks zijn al lang bestudeerd in het Jefferson Lab. De volgende quark op de lijst produceren, echter, meer energie nodig dan de oorspronkelijke CEBAF kon leveren.

De nieuwe capaciteit werd mogelijk gemaakt door een upgrade van CEBAF die de oorspronkelijke bedrijfsenergie van het ontwerp verdrievoudigde tot 12 miljard elektronvolt, of 12 GeV.

"Voor ons, het is belangrijk omdat je geen J/ψ kunt produceren tot een bepaalde energie, dat is 8,2 GeV. Vóór het 12 GeV-tijdperk, we hadden niet zo'n hoge elektronenenergie, " zei Colin Gleason, een postdoctoraal onderzoeker aan de Indiana University. "Maar nu, we kunnen zien hoe de dwarsdoorsnede van J/ψ, zoals we het noemen, gaat aan. Er is een aantal zeer interessante natuurkunde die je kunt bestuderen, alleen al door de vorm van hoe de dwarsdoorsnede eruitziet als je de bundelenergie verhoogt."

Gleason en zijn collega's produceren J/ψ-deeltjes in het Gluonic Excitations Experiment. GlueX is ontworpen om hybride mesonen te produceren en te bestuderen om kernfysici te helpen de rol te begrijpen die gluonen, de deeltjes die verantwoordelijk zijn voor het aan elkaar binden van quarks, spelen in de structuur van de materie. GlueX heeft de eerste fase van het verzamelen van gegevens voltooid, en de experimentele samenwerking is al begonnen met de voorbereidingen voor de data-analysefase.

Het experiment maakt ook de studie van andere fenomenen mogelijk, zoals de productie van J/ψ in foton-protonbotsingen. De J/ψ, ontdekt in 1974, was het eerste bewijs voor het bestaan ​​van charm-quarks.

Terwijl miljarden van deze deeltjes zijn geproduceerd in versnellers over de hele wereld, Jefferson Lab is uniek in zijn vermogen om de productie van dit deeltje in foton-protonbotsingen bij lage energieën te bestuderen, dicht bij de productiedrempel. Voorlopige analyse van de GlueX-gegevens begint de mechanismen op te helderen voor hoe J / wordt geproduceerd. In aanvulling, de studie van J/ψ-productie door fotonen in het energiebereik dat beschikbaar is bij Jefferson Lab stelt kernfysici in staat een frisse kijk te nemen op het fenomeen van vijf-quarkbaryonen dat onlangs is gerapporteerd door het LHCb-experiment op CERN.

"Ik zal het hebben over de dingen die we meten als we op zoek zijn naar hybride mesonen, en ik zal het hebben over de analyse die nodig is om ze te zoeken, evenals recente resultaten van het experiment, zoals J/ψ-productie, ' zei Gleason.

Gleason presenteerde de voorlopige resultaten van het GlueX-experiment op de American Physical Society April Meeting in Denver op zondag, 14 april.