Carnegie Mellon University’s professor Curtis Meyer og hans forskningskolleger udforsker en ubeskyttet verden inde i protoner og neutroner. For første gang har forskere leveret målinger, der beskriver en maksimal grænse for en subatomisk partikel kendt som en hybrid meson i et tidsskriftspapir, der er offentliggjort i Fysiske gennemgangsbreve. Målingerne viser forskere en sti fremad i en søgning efter disse undvigende partikler, der giver et nyt kig på den kraft, der holder alle stoffer sammen.
“Scenen er klar til fremtidige opdagelser,” sagde Meyer, senior associeret dekan for CMUs Mellon College of Science og Otto Stern Professor of Physics. “Vi er i en spændende fase, hvor vi er i stand til at analysere en masse data. Dette papir er den første til at tackle et af eksperimentets grundlæggende spørgsmål.”
På anvendelse af en symmetri-egenskab ved den stærke kraft satte teamet den øvre grænse for fotoproduktionstværsnittet af en hybrid meson kendt som den spin-exotiske π1 (1600).
Eksotiske hybrid-mesoner er subatomære partikler, der er blevet teoretiseret, men definitiv eksperimentel bekræftelse er stadig verserende. Ved at producere en eksotisk-hybrid Meson sigter forskere på at drille fra hinanden information om gluoner-bæreren af den stærke kraft eller “lim”, der binder en quark og antikark sammen inden for mesoner og alt stof.
Meyers arbejde er med Gluonic Excitation (limx) eksperimentet på Thomas Jefferson National Accelerator Facility i Newport News, Virginia. Ved hjælp af Jefferson Labs kontinuerlige elektronstråleacceleratorfacilitet søger han efter nye former for stof, specifikt de partikler, der holder kvarker sammen i hybridmesoner.
Eksotiske hybrid-mesoner er af særlig interesse for forskningsgruppen, fordi gluonerne potentielt kunne eksistere i en ophidset tilstand. At forstå denne tilstand kunne afsløre oplysninger om, hvordan subatomære partikler er bygget, og hvorfor kvarker aldrig findes alene i universet.
Medforfatter Will Imoehl, en postdoktorisk forskningsassistent i Carnegie Mellons Department of Physics siden 2022, gennemførte dataanalyse for projektet. Han beskrev målingerne som et vigtigt grundlag for fremtidig analyse.
”Vi viste, at en type reaktion er mere lovende at se efter π1(1600) end de andre, “sagde Imoehl.” Det satte et køreplan over, hvordan vi vil søge efter hybridmesoner. “
CMUs Reinhard A. Schumacher, fakultets emeritus i fysik, bidrager også til limxeksperimentet. Ni CMU -kandidatstuderende har også deltaget i limxeksperimentet. På verdensplan består Limx -teamet af cirka 150 fysikere fra 13 lande med mange andre tidligere bidragydere.
“En af mine foretrukne dele af dette projekt er, hvordan det hele er det,” sagde Imoehl. “Det tager hundreder af mennesker at få nogen af disse eksperimenter til at fungere.”
Meyer førte $ 60 millioner indsatsen for at designe, bygge og bestille limxeksperimentet og fungerede som projektets valgte talsmand fra 2007–2020. En stipendiat i American Physical Society siden 2004 har Meyer foretaget forskning på nationale og internationale laboratorier, herunder CERN og US Department of Energy’s Brookhaven National Lab og Jefferson Lab.
Fra 2010 til 2013 byggede et Carnegie Mellon -team, ledet af Meyer, en partikeldetektor i Wean Hall og transporterede den til Jefferson Lab til brug i eksperimentet. I 2016 modtog Limx -eksperimentet sine første data til analyse.
“Det var Terra Incognita, da vi startede, men nu har vi en bedre forståelse af acceleratoren og reaktionerne fra eksperimenterne,” sagde Meyer. “Vi kaster konstant data ud.”