L'acceleratore di particelle più avanzato al mondo per studiare la struttura dei quark del nucleo dell'atomo ha appena incantato i fisici con una nuova capacità. La produzione di quark charm in particelle J/ψ (J/psi) da parte del CEBAF presso il Thomas Jefferson National Accelerator Facility del Dipartimento dell'Energia conferma che la struttura ha ampliato il regno della ricerca di fisica nucleare di precisione con fasci di elettroni a energie più elevate.

I dettagli del risultato sono stati presentati all'incontro di aprile dell'American Physical Society a Denver.

"È fantastico vedere il tema della produzione di charmonium vicino alla soglia emergere nell'era dei 12 GeV del Jefferson Lab. L'interesse per questo argomento è sostanzialmente aumentato dai recenti rapporti sugli stati di pentaquark di charmonium al CERN, così come le implicazioni per gli aspetti fondamentali della Cromodinamica Quantistica, " ha detto Robert McKeown, Vicedirettore per la scienza del Jefferson Lab.

I quark sono i mattoni di base delle particelle che costruiscono il nostro universo visibile. Ci sono sei quark:up, fuori uso, strano, fascino, inferiore e superiore. Il meno massiccio, quark up e down, sono gli elementi costitutivi di protoni e neutroni.

Le particelle contenenti i quark meno massicci richiedono la minor energia per essere prodotte negli acceleratori di particelle, come l'impianto di accelerazione del fascio di elettroni continui di Jefferson Lab, una struttura per gli utenti dell'Office of Science del DOE. Ad esempio, su, down e strani quark sono stati a lungo studiati al Jefferson Lab. Producendo il prossimo quark della lista, però, richiedeva più energia di quella che il CEBAF originale poteva fornire.

La nuova capacità è stata resa possibile da un aggiornamento del CEBAF che ha triplicato l'energia operativa del progetto originale a 12 miliardi di elettronvolt, o 12GeV.

"Per noi, è importante perché non puoi produrre un J/ψ fino a una certa energia, che è 8,2 GeV. Prima dell'era 12 GeV, non avevamo energie degli elettroni così alte, " disse Colin Gleason, un ricercatore post-dottorato presso l'Università dell'Indiana. "Ma ora, possiamo vedere come la sezione trasversale di J/ψ, come lo chiamiamo noi, Accende. C'è una fisica molto interessante che puoi studiare solo dalla forma di come appare la sezione trasversale mentre aumenti l'energia del raggio".

Gleason e i suoi colleghi producono particelle J/ψ nell'esperimento sulle eccitazioni gluoniche. GlueX è progettato per produrre e studiare mesoni ibridi per aiutare i fisici nucleari a comprendere il ruolo che i gluoni, le particelle responsabili del legame tra i quark, giocare nella struttura della materia. GlueX ha completato la sua prima fase di acquisizione dei dati, e la collaborazione sperimentale ha già avviato i preparativi per la fase di analisi dei dati.

L'esperimento consente anche lo studio di altri fenomeni, come la produzione di J/ψ nelle collisioni fotone-protone. Il J/ψ, scoperto nel 1974, fu la prima prova dell'esistenza dei quark charm.

Mentre miliardi di queste particelle sono state prodotte negli acceleratori di tutto il mondo, Jefferson Lab è unico nella sua capacità di studiare la produzione di questa particella nelle collisioni fotone-protone a basse energie, vicino alla soglia di produzione. L'analisi preliminare dei dati GlueX sta iniziando a chiarire i meccanismi di come viene prodotto J/ψ. Inoltre, lo studio della produzione di J/ψ da parte dei fotoni nell'intervallo di energia disponibile al Jefferson Lab consente ai fisici nucleari di dare uno sguardo nuovo al fenomeno dei barioni a cinque quark recentemente riportato dall'esperimento LHCb al CERN.

"Parlerò delle cose che misuriamo quando cerchiamo mesoni ibridi, e parlerò dell'analisi necessaria per cercarli, così come i recenti risultati dell'esperimento, come la produzione J/ψ, " disse Gleason.

Gleason ha presentato i risultati preliminari dell'esperimento GlueX all'American Physical Society April Meeting a Denver domenica, 14 aprile.