Une expérience qui vise à mieux comprendre la force qui lie toute la matière entre elles a récemment achevé sa première phase de collecte de données au Thomas Jefferson National Accelerator Facility du département américain de l'Énergie.

L'expérience des excitations gluoniques, ou GlueX, est conçu pour produire et étudier des mésons hybrides, qui sont des particules constituées de la même substance que les protons et les neutrons ordinaires :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 en contribuant activement aux propriétés des particules.

"Un méson est un quark et un antiquark liés ensemble. 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, " dit Curtis Meyer, professeur de physique à l'Université Carnegie Mellon et porte-parole de l'expérience GlueX.

Un aperçu de l'action manifeste de la force forte dans les mésons hybrides offrira aux physiciens nucléaires une nouvelle perspective sur la façon dont les particules subatomiques sont construites par la force forte. Il offre également une occasion unique d'explorer « le confinement des quarks – pourquoi aucun quark n'a jamais été trouvé seul.

La première phase de cette expérimentation s'est achevée avec succès fin novembre. Il a débuté en 2016 et a réalisé quatre périodes de run, collecter plus de quatre pétaoctets de données pour analyse.

"Jusqu'à maintenant, les données des deux premiers d'entre eux, ce qui représente environ 20 % de toutes les données, ont été analysés, " a déclaré Meyer.

Il a déclaré qu'aucun mésons hybrides n'a encore été identifié dans les données, bien qu'un tel résultat ne soit pas surprenant à ce stade de l'analyse. L'expérience GlueX a été conçue pour produire le spectre des mésons, y compris les mésons hybrides, à étudier pour en savoir plus sur le confinement des quarks et le rôle de la force forte dans ce phénomène. Dans l'analyse actuelle, la collaboration a déjà identifié plusieurs autres membres du spectre des mésons qu'ils s'attendaient à voir.

"Et les premiers résultats de physique ont déjà été communiqués à la communauté dans un article de journal et de nombreuses présentations de conférence, " a déclaré Meyer.

D'autres publications sont en phase d'examen final et devraient paraître en 2019. En outre, Meyer a déclaré que la collaboration GlueX était impatiente de mener ses recherches avec l'ensemble des données de la première phase, un objectif qui dure depuis deux décennies.

"Je suis abasourdi. Nous travaillons pour en arriver là depuis plus de 20 ans, et maintenant nous avons enfin le premier tour de données, " dit Meyer. " Maintenant, nous travaillons sur l'analyse des données pour voir ce que nous pouvons apprendre."

La prochaine phase de GlueX devrait démarrer à l'automne 2019. Dans cette phase, un système de détection supplémentaire, appelé le GlueX DIRC, pour la détection du détecteur de lumière Cherenkov à réflexion interne, est en cours d'installation pour améliorer la capacité de l'expérience à identifier de manière positive différents types de mésons par les saveurs de quarks qu'ils contiennent.

L'expérience a été rendue possible grâce à la mise à niveau de 12 GeV récemment achevée de l'installation d'accélérateur de faisceau d'électrons continu du laboratoire, une installation d'utilisateurs du DOE Office of Science pour la physique nucléaire. La mise à niveau du CEBAF à 12 GeV était de 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 mise à niveau a été achevée en 2017 et dédiée plus tôt cette année.