Une particule plutôt modeste joue un rôle important dans la chasse aux bizarreries subatomiques. Semblables aux protons et aux neutrons, les mésons sont composés de quarks liés ensemble par la forte force nucléaire. Mais ces particules de courte durée ont des caractéristiques différentes qui peuvent révéler de nouvelles informations sur le noyau atomique et le fonctionnement de l'univers.
La progression de cette compréhension pourrait un jour permettre de nouvelles découvertes dans de nombreux domaines, allant de l'énergie nucléaire à l'ingénierie des médicaments et des matériaux.
Le soi-disant un2 Meson est un système de quarks relativement léger. Il est produit dans des expériences de la Facilité nationale d'accélérateur nationale du ministère américain de l'Énergie.
Maintenant, pour la première fois, les scientifiques de Jefferson Lab ont mesuré la probabilité de A2 Être produit par un faisceau de photons polarisé frappant une cible de protons. Cette mesure est appelée une section transversale et a été publiée dans la revue Revue physique c.
Le résultat permet à la recherche du Meson le plus léger exotique, le Pi1avec l'objectif ultime de cartographier le spectre de masse des systèmes hybrides.
« Nous avons pris une particule bien compris et mesuré une quantité nouvelle, en utilisant une technique sophistiquée que nous aurons besoin d'étudier des exotiques, comme les hybrides », a déclaré Malte Albrecht, un scientifique du personnel de Jefferson Lab qui fait partie de l'expérience d'excitation glluonique (Gluex). « C'est un résultat physique seul mais aussi une étape sur notre feuille de route vers des résultats exotiques avec Gluex. »
Gluex au laboratoire de Jefferson
Les gluons sont des particules fondamentales qui transportent la forte force nucléaire, ou la « colle » qui agrandis dans des composites tels que les protons, les neutrons, les mésons et d'autres hadrons.
La théorie de la chromodynamique quantique (QCD) décrit cette force forte. C'est la principale recherche de recherche de la collaboration Gluex, une équipe internationale de scientifiques qui mène leurs recherches au Jefferson Lab.
« Une chose que Gluex est spécifiquement intéressée à comprendre est les degrés de liberté Quark-Gluon », a déclaré Sean Dobbs, professeur agrégé à la Florida State University et membre de la collaboration Gluex. « L'excitation des glluons qui maintient ensemble les mésons hybrides contribue directement à leurs propriétés. »
Pour explorer le QCD, Gluex tire parti des photons produits à partir des électrons de l'installation d'accélérateur de faisceau d'électrons continu (CEBAF), une installation d'utilisateurs de la DOE Office of Science permettant la recherche de plus de 1 650 physiciens dans le monde.
L'appareil Gluex utilise une fine tranche de diamant pour convertir les électrons de Cebaf en un faisceau de photons. Ces particules légères sont polarisées linéairement, ce qui signifie que leur champ électrique oscille dans une direction particulière alors qu'ils se précipitent vers leur cible atomique. Un système de détection spécialisé mesure le spray spectral des collisions résultantes, permettant aux scientifiques de regarder dans la « boîte noire » de la production et de la décroissance des particules.
« Ce qui se passe à l'intérieur de cette boîte pourrait être beaucoup de choses, mais la polarisation nous donne un indice sur ce qu'elle pourrait être », a déclaré Lawrence Ng, chercheur postdoctoral à Jefferson Lab qui a étudié sous Dobbs dans l'État de Floride. « Cela nous raconte un peu comment ces mésons sont produits. »
En rassemblant le Pi
Le pi1 Meson est un cousin proche du A2juste un peu plus étrange.
Les deux sont des systèmes QCD qui existent dans les régions de l'énergie voisines. Ils ont un contenu Quark similaire – une certaine combinaison des saveurs « Up » et « Down » de Quark et Antiquark. Ils ont des masses relativement légères, avec un2 Enregistrant 1 320 millions d'électrons volts (MEV) et PI1 à environ 1 600 MeV. Mais ils ont des états de spin différents, représentés par les chiffres après leurs noms, et à l'intérieur d'un pi1 Meson, les glluons se comportent différemment.
« Imaginez Quarks comme des balles de billard et des gluons comme des élastiques qui les maintiennent », a déclaré Dobbs. « La différence entre un méson« normal »comme le2 et des hybrides comme le pi1 est que dans ce dernier, le caoutchouc est excité. Vous le cachez et le laissez vibrer, vous donnant une énergie supplémentaire. «
Le pi1(1600) a été difficile à épingler expérimentalement, mais le A2(1320) est relativement bien compris. Qui a fait un2 le candidat idéal.
Dans la recherche du Pi1 à Gluex, les physiciens se réfèrent à2 comme leur «bougie standard». Le terme est emprunté à l'astronomie et décrit un objet interstellaire avec une luminosité connue qui fournit un signal de référence stable à partir de laquelle des informations supplémentaires, comme les distances cosmiques, pourraient être déduites.
Pour identifier le A2(1320) Parmi les nombreuses autres particules produites dans les collisions photon-proton, l'équipe Gluex a utilisé une technique élaborée appelée analyse des ondes partielles. Cette méthode filtre les contributions d'autres réactions, permettant aux chercheurs de rentrer chez eux2.
Maintenant que le concept est prouvé en utilisant la technologie des machines, logiciels et extraction de Gluex, le groupe peut utiliser la mesure comme référence pour explorer le PI1(1600) et atteindre un spectre établi d'états hybrides.
Selon Albrecht, la prochaine étape consiste à continuer la chasse à ces rares systèmes de méson pour confirmer non seulement leur existence, mais aussi trouver des preuves de systèmes non observés auparavant.
« Prouver notre capacité à effectuer une analyse des ondes partielles et à obtenir quelque chose de nouveau, avec une particule bien connue, est la première étape vers la compréhension des contributions qui sont peut-être beaucoup plus petites et plus insaisissables, car elles sont exotiques. »
