Il primo risultato sperimentale è stato pubblicato dal Continuous Electron Beam Accelerator Facility (CEBAF) recentemente aggiornato presso il Thomas Jefferson National Accelerator Facility del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti. Il risultato dimostra la fattibilità di rilevare una potenziale nuova forma di materia per studiare il motivo per cui i quark non si trovano mai isolati.

L'aggiornamento CEBAF a 12 GeV è un $ 338 milioni, progetto pluriennale per triplicare l'energia operativa originaria del CEBAF per lo studio della struttura a quark del nucleo dell'atomo. La maggior parte dell'aggiornamento è stata completata e terminerà nel 2017.

Gli scienziati hanno commissionato rigorosamente l'attrezzatura sperimentale per prepararsi a una nuova era di esperimenti di fisica nucleare. Queste attività hanno già portato al primo risultato scientifico, che deriva dall'esperimento sulle eccitazioni gluoniche. GlueX conduce studi sulla forza forte, quali colle contano insieme, attraverso la ricerca di mesoni ibridi.

Secondo Curtis Meyer, professore di fisica alla Carnegie Mellon University e portavoce dell'esperimento GlueX al Jefferson Lab, questi mesoni ibridi sono fatti della stessa sostanza dei normali protoni e neutroni, che sono quark legati insieme dalla "colla" della forza forte. Ma a differenza dei mesoni ordinari, la colla nei mesoni ibridi si comporta diversamente.

"L'idea di base è che un mesone è un quark e un antiquark legati insieme, e la nostra comprensione è che la colla li tiene insieme. E quella colla si manifesta come un campo tra i quark. Un mesone ibrido è uno con quel forte campo gluonico eccitato, "Spiega Meyer.

Dice che la produzione di questi mesoni ibridi consente ai fisici nucleari di studiare particelle in cui il forte campo gluonico contribuisce direttamente alle loro proprietà. I mesoni ibridi possono in definitiva fornire una finestra su come le particelle subatomiche sono costruite dalla forza forte, così come il "confinamento dei quark" - perché nessun quark è mai stato trovato da solo.

"Speriamo di dimostrare che questo campo gluonico "eccitato" è un importante costituente della materia. È qualcosa che non è stato osservato in nulla che abbiamo visto finora. Quindi, in un certo senso, è un nuovo tipo di materia adronica che non è stata osservata, " lui dice.

In questo primo risultato, i dati sono stati raccolti in un periodo di due settimane dopo la messa in servizio dell'attrezzatura nella primavera del 2016. L'esperimento ha prodotto due mesoni ordinari chiamati pione neutro e eta, ei meccanismi di produzione di queste due particelle sono stati attentamente studiati.

L'esperimento sfrutta la piena energia, Fascio di elettroni da 12 GeV prodotto dall'acceleratore CEBAF e consegnato nel nuovo complesso Sperimentale Hall D. Là, il fascio da 12 GeV viene convertito in un fascio di fotoni da 9 GeV, il primo nel suo genere.

"I fotoni passano attraverso il nostro bersaglio di idrogeno liquido. Alcuni di loro interagiranno con un protone in quel bersaglio, qualcosa viene scambiato tra il fotone e il protone, e qualcosa viene cacciato - un mesone, " Meyer spiega. "Questa pubblicazione ha esaminato alcuni dei mesoni più semplici che potresti eliminare. Ma è lo stesso, meccanismo di produzione di base che seguirà la maggior parte delle nostre reazioni".

Il risultato è stato pubblicato come Comunicazione rapida nel numero di aprile di Revisione fisica C . Ha dimostrato che la polarizzazione lineare del fascio di fotoni fornisce informazioni importanti escludendo possibili meccanismi di produzione di mesoni.

"Non è tanto che le particelle che abbiamo creato fossero interessanti, ma come sono stati prodotti:imparare quali reazioni erano importanti nel realizzarli, "dice Meyer.

Il prossimo passo per la collaborazione è un'ulteriore analisi dei dati già raccolti e i preparativi per la prossima corsa sperimentale in autunno.

"Sono sicuro che abbiamo già prodotto mesoni ibridi, non abbiamo ancora abbastanza dati per iniziare a cercarli, " Dice Meyer. "Ci sono una serie di passaggi che stiamo attraversando in termini di comprensione del rivelatore e della nostra analisi. Stiamo facendo le basi ora, in modo da avere la certezza di comprendere le cose abbastanza bene da poter convalidare i risultati che otterremo in futuro".

"Questa nuova struttura sperimentale - Hall D - è stata costruita grazie agli sforzi dedicati dello staff del Jefferson Lab e alla collaborazione di GlueX, "dice Eugenio Chudakov, Capogruppo Sala D. "È bello vedere che tutta l'attrezzatura, compresi rivelatori di particelle complesse, sta funzionando come previsto, e l'entusiasmante programma scientifico è iniziato con successo."

Il progetto 12 GeV CEBAF Upgrade è nella sua ultima fase di lavoro e il completamento è previsto per settembre. Altre importanti spinte sperimentali per il CEBAF aggiornato includono la ricerca che consentirà le prime istantanee della struttura 3D di protoni e neutroni, esplorazioni dettagliate della dinamica interna e della struttura quark-gluoni dei nuclei, e test di teorie fondamentali della materia.