Un esperimento che mira a ottenere nuove informazioni sulla forza che lega insieme tutta la materia ha recentemente completato la sua prima fase di raccolta dati presso il Thomas Jefferson National Accelerator Facility del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti.

L'esperimento delle eccitazioni gluoniche, o CollaX, è progettato per produrre e studiare mesoni ibridi, che sono particelle fatte della stessa sostanza dei normali protoni e neutroni:quark legati insieme dalla "colla" della forza forte. Ma a differenza dei mesoni ordinari, la colla nei mesoni ibridi si comporta diversamente contribuendo attivamente alle proprietà delle particelle.

"Un mesone è un quark e un antiquark legati insieme. 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, " disse Curtis Meyer, professore di fisica alla Carnegie Mellon University e portavoce dell'esperimento GlueX.

Intravedere l'azione palese della forza forte nei mesoni ibridi offrirà ai fisici nucleari una nuova prospettiva su come le particelle subatomiche sono costruite dalla forza forte. Offre anche un'opportunità unica per esplorare "il confinamento dei quark:perché nessun quark è mai stato trovato da solo.

La prima fase di questo esperimento è stata completata con successo alla fine di novembre. È iniziato nel 2016 e ha completato quattro periodi di esecuzione, raccogliendo più di quattro petabyte di dati per l'analisi.

"Fino ad ora, i dati dei primi due di questi, che è circa il 20 percento di tutti i dati, sono stati analizzati, " ha detto Meyer.

Ha affermato che nei dati non sono ancora stati identificati mesoni ibridi, sebbene un tale risultato non sia sorprendente in questa fase dell'analisi. L'esperimento GlueX è stato progettato per produrre lo spettro dei mesoni, compresi i mesoni ibridi, per lo studio per saperne di più sul confinamento dei quark e sul ruolo della forza forte in questo fenomeno. Nell'analisi attuale, la collaborazione ha già identificato molti altri membri dello spettro mesonico che si aspettavano di vedere.

"E i primi risultati della fisica sono già stati comunicati alla comunità in un articolo su una rivista e in molte presentazioni a conferenze, " ha detto Meyer.

Altre pubblicazioni sono in fase di revisione finale e dovrebbero apparire nel 2019. Inoltre, Meyer ha affermato che la collaborazione GlueX non vede l'ora di condurre la sua ricerca con l'intero set di dati dalla prima fase, un obiettivo che è stato per due decenni in divenire.

"Sono sbalordito. Abbiamo lavorato per arrivare a questo punto per più di 20 anni, e ora abbiamo finalmente il primo giro di dati, " disse Meyer. "Ora, stiamo lavorando sull'analisi dei dati per vedere cosa possiamo imparare".

La prossima fase di GlueX dovrebbe iniziare nell'autunno del 2019. In quella fase, un sistema di rilevamento aggiuntivo, chiamato GlueX DIRC, per il rilevamento del rilevatore di luce Cherenkov a riflessione interna, viene installato per migliorare la capacità dell'esperimento di identificare positivamente diversi tipi di mesoni dai sapori dei quark che contengono.

L'esperimento è stato reso possibile dall'aggiornamento a 12 GeV recentemente completato dell'impianto di accelerazione del fascio di elettroni continui del laboratorio, un DOE Office of Science User Facility per la fisica nucleare. L'aggiornamento CEBAF a 12 GeV è stato di $ 338 milioni, progetto pluriennale per triplicare l'energia operativa originale del CEBAF per lo studio della struttura a quark del nucleo dell'atomo. L'aggiornamento è stato completato nel 2017 e dedicato all'inizio di quest'anno.