Le premier résultat expérimental a été publié à partir de la nouvelle installation d'accélérateur de faisceau d'électrons continu (CEBAF) récemment mise à niveau de l'installation d'accélérateur national Thomas Jefferson du département américain de l'Énergie. Le résultat démontre la faisabilité de détecter une nouvelle forme potentielle de matière pour étudier pourquoi les quarks ne sont jamais trouvés isolément.

La mise à niveau de 12 GeV CEBAF est un 338 millions de dollars, projet pluriannuel visant à tripler l'énergie opérationnelle d'origine du CEBAF pour étudier la structure des quarks du noyau de l'atome. La majorité de la mise à niveau est terminée et se terminera en 2017.

Les scientifiques ont rigoureusement mis en service l'équipement expérimental pour se préparer à une nouvelle ère d'expériences en physique nucléaire. Ces activités ont déjà conduit au premier résultat scientifique, qui vient de l'expérience d'excitations gluoniques. GlueX réalise des études de force forte, qui colle la matière ensemble, par des recherches de mésons hybrides.

Selon Curtis Meyer, professeur de physique à l'Université Carnegie Mellon et porte-parole de l'expérience GlueX au Jefferson Lab, ces mésons hybrides sont construits de la même manière que les protons et les neutrons ordinaires, qui sont des quarks liés entre eux par la "colle" de la force forte. Mais contrairement aux mésons ordinaires, la colle dans les mésons hybrides se comporte différemment.

"L'idée de base est qu'un méson est un quark et un antiquark liés ensemble, et notre compréhension est que la colle les maintient ensemble. Et cette colle se manifeste comme un champ entre les quarks. Un méson hybride est un méson avec ce fort champ gluonique excité, " explique Meyer.

Il dit que la production de ces mésons hybrides permet aux physiciens nucléaires d'étudier des particules dans lesquelles le fort champ gluonique contribue directement à leurs propriétés. Les mésons hybrides peuvent finalement fournir une fenêtre sur la façon dont les particules subatomiques sont construites par la force puissante, ainsi que le "confinement des quarks" - pourquoi aucun quark n'a jamais été trouvé seul.

"Nous espérons montrer que ce champ gluonique "excité" est un constituant important de la matière. C'est quelque chose qui n'a été observé dans rien de ce que nous avons vu jusqu'à présent. Donc, en quelques sortes, c'est un nouveau type de matière hadronique qui n'a pas été observé, " il dit.

Dans ce premier résultat, les données ont été recueillies sur une période de deux semaines après la mise en service de l'équipement au printemps 2016. L'expérience a produit deux mésons ordinaires appelés pion neutre et êta, et les mécanismes de production de ces deux particules ont été soigneusement étudiés.

L'expérience profite de la pleine énergie, Faisceau d'électrons de 12 GeV produit par l'accélérateur CEBAF et livré dans le nouveau complexe expérimental Hall D. Là, le faisceau de 12 GeV est converti en un premier faisceau de photons de 9 GeV.

"Les photons traversent notre cible d'hydrogène liquide. Certains d'entre eux vont interagir avec un proton dans cette cible, quelque chose s'échange entre le photon et le proton, et quelque chose est expulsé - un méson, " explique Meyer. " Cette publication a examiné quelques-uns des mésons les plus simples que vous puissiez éliminer. Mais c'est pareil, mécanisme de production de base que la plupart de nos réactions suivront."

Le résultat a été publié sous la forme d'une communication rapide dans le numéro d'avril de Examen physique C . Il a démontré que la polarisation linéaire du faisceau de photons fournit des informations importantes en excluant d'éventuels mécanismes de production de mésons.

"Ce n'est pas tant que les particules que nous avons créées étaient intéressantes, mais comment ils ont été produits :apprendre quelles réactions ont été importantes dans leur fabrication, " dit Meyer.

La prochaine étape de la collaboration est une analyse plus approfondie des données déjà recueillies et les préparatifs de la prochaine campagne expérimentale à l'automne.

"Je suis sûr que nous avons déjà produit des mésons hybrides, nous n'avons tout simplement pas assez de données pour commencer à les rechercher, " dit Meyer. " Nous passons par un certain nombre d'étapes pour comprendre le détecteur et notre analyse. Nous faisons le travail de fond maintenant, afin que nous ayons l'assurance que nous comprenons suffisamment bien les choses pour pouvoir valider les résultats que nous obtiendrons à l'avenir. »

"Cette nouvelle installation expérimentale - Hall D - a été construite grâce aux efforts dévoués du personnel du Jefferson Lab et de la collaboration GlueX, " dit Eugène Chudakov, Chef de groupe Hall D. "C'est agréable de voir que tout l'équipement, y compris les détecteurs de particules complexes, fonctionne comme prévu, et le programme scientifique passionnant a commencé avec succès."

Le projet de mise à niveau du CEBAF à 12 GeV est dans sa dernière phase de travaux et devrait s'achever en septembre. D'autres axes expérimentaux majeurs pour le CEBAF mis à niveau incluent des recherches qui permettront les premiers instantanés de la structure 3D des protons et des neutrons, explorations détaillées de la dynamique interne et de la structure quark-gluon des noyaux, et des tests des théories fondamentales de la matière.