L'accélérateur de particules le plus avancé au monde pour étudier la structure des quarks du noyau de l'atome vient de charmer les physiciens avec une nouvelle capacité. La production de quarks charmés dans des particules J/ψ (J/psi) par le CEBAF au Thomas Jefferson National Accelerator Facility du ministère de l'Énergie confirme que l'installation a élargi le domaine de la recherche de précision en physique nucléaire avec des faisceaux d'électrons à des énergies plus élevées.

Les détails de la réalisation ont été présentés lors de la réunion d'avril de l'American Physical Society à Denver.

« C'est formidable de voir le sujet de la production de charmonium proche du seuil émerger à l'ère de 12 GeV du Jefferson Lab. L'intérêt pour ce sujet est considérablement accru par les récents rapports sur les états pentaquarks charmonium au CERN ainsi que des implications pour les aspects fondamentaux de la chromodynamique quantique, " a déclaré Robert McKeown, Directeur adjoint pour la science du Jefferson Lab.

Les quarks sont les éléments de base des particules qui construisent notre univers visible. Il y a six quarks :up, vers le bas, étrange, charme, en bas et en haut. Le moins massif, quarks up et down, sont les éléments constitutifs des protons et des neutrons.

Les particules contenant les quarks les moins massifs nécessitent le moins d'énergie à produire dans les accélérateurs de particules, tels que l'installation d'accélérateur de faisceau d'électrons continu de Jefferson Lab, une installation utilisateur du DOE Office of Science. Par exemple, en haut, les quarks down et étranges sont étudiés depuis longtemps au Jefferson Lab. Produire le prochain quark sur la liste, cependant, nécessitait plus d'énergie que le CEBAF original ne pouvait en fournir.

La nouvelle capacité a été rendue possible par une mise à niveau du CEBAF qui a triplé son énergie de fonctionnement de conception originale à 12 milliards d'électrons-volts, ou 12 GeV.

"Pour nous, c'est important car on ne peut pas produire un J/ψ jusqu'à une certaine énergie, qui est de 8,2 GeV. Avant l'ère des 12 GeV, nous n'avions pas des énergies d'électrons aussi élevées, " a déclaré Colin Gleason, chercheur postdoctoral à l'Université de l'Indiana. "Mais maintenant, nous pouvons voir comment la section efficace de J/ψ, comme nous l'appelons, s'allume. Il existe une physique très intéressante que vous pouvez étudier simplement par la forme de la section transversale lorsque vous augmentez l'énergie du faisceau."

Gleason et ses collègues produisent des particules J/ψ dans l'expérience des excitations gluoniques. GlueX est conçu pour produire et étudier des mésons hybrides afin d'aider les physiciens nucléaires à comprendre le rôle des gluons, les particules responsables de la liaison des quarks entre eux, jouer dans la structure de la matière. GlueX a terminé sa première phase de prise de données, et la collaboration expérimentale a déjà commencé les préparatifs de la phase d'analyse des données.

L'expérience permet également l'étude d'autres phénomènes, comme la production de J/ψ dans les collisions photon-proton. Le J/ψ, découvert en 1974, fut la première preuve de l'existence des quarks charmés.

Alors que des milliards de ces particules ont été produites dans des accélérateurs à travers le monde, Jefferson Lab est unique dans sa capacité à étudier la production de cette particule dans les collisions photon-proton à basse énergie, proche du seuil de production. L'analyse préliminaire des données GlueX commence à élucider les mécanismes de production de J/ψ. En outre, l'étude de la production de J/ψ par des photons dans le domaine d'énergie disponible au Jefferson Lab permet aux physiciens nucléaires de porter un regard neuf sur le phénomène des baryons à cinq quarks récemment rapporté par l'expérience LHCb au CERN.

"Je parlerai des choses que nous mesurons lorsque nous recherchons des mésons hybrides, et je parlerai de l'analyse nécessaire pour les rechercher, ainsi que les résultats récents de l'expérience, comme la production de J/ψ, " a déclaré Gleason.

Gleason a présenté les résultats préliminaires de l'expérience GlueX lors de la réunion d'avril de l'American Physical Society à Denver dimanche, 14 avril.