Не так давно начал работать модернизированный ускоритель частиц Continuous Electron Beam Accelerator Facility (CEBAF), который находится в Лаборатории имени Томаса Джефферсона американского Министерства энергетики. И, несмотря на то, что этот ускоритель еще не работает на полную мощность, полученные на нем первые результаты привели к достаточно важным открытиям, касающимся исследований внутренней кварковой структуры субатомных частиц. В этих открытиях также содержатся некоторые намеки на существование новой формы материи, с которой ученым довелось столкнуться первый раз за всю историю науки.
Лаборатория Джефферсона
© DOE’s Jefferson Lab
Модернизация ускорителя CEBAF, на которую было потрачено 338 миллионов долларов, должна поднять энергию разгоняемых им частиц до 12 ГэВ. Процесс модернизации полностью закончится к осени этого года, после чего ускоритель заработает на своей полной мощности.
Основным экспериментом, проводимым при помощи ускорителя CEBAF, является эксперимент Gluonic Excitations Experiment (GlueX), в ходе которого уже сейчас производятся исследования сил сильных ядерных взаимодействий, за счет которых кварки удерживаются вместе, формируя субатомные частицы, из которых, в свою очередь, состоит вся материя. И это производится при помощи поисков частиц, называемых гибридными мезонами. Гибридные мезона состоят из тех же самых частиц, что и обычные протоны и нейтроны. Но в отличие от обычных мезонов, которые уже изученные более-менее хорошо, силы сильных взаимодействий внутри гибридных мезонов ведут себя несколько по-иному.
Получение и изучение гибридных мезонов, которые и являются упомянутой выше новой формой материи, позволит физикам изучить частицы, свойства которых определяются заключенными в них сильными глюонными полями. Кроме этого, в исследованиях гибридных мезонов ученые надеются найти ответ на вопрос, почему кварки любого типа никогда не существуют поодиночке.
Первые результаты были получены в ходе двухнедельного периода работы ускорителя CEBAF. В ходе экспериментов ученым удалось получить два вида мезонов, получивших названия «нейтральный пион» и «эта». Механизм возникновения таких частиц был изучен тщательным образом, и он дал ученым массу новой «пищи для размышлений».
Эксперимент заключается в том, что луч электронов с энергией 12 ГэВ преобразовывается в луч фотонов с энергией 9 ГэВ. Эти фотоны поражают мишень из жидкого водорода, и в результате воздействия фотонов с протонами иногда происходит обмен энергией, в результате чего рождается новая частица — мезон. «Пока мы смогли «выгнать» лишь несколько типов самых простых мезонов» — пишут исследователи, — «Но и это дало нам массу новой информации, касающейся сил сильных ядерных взаимодействий. После завершения процесса модернизации ускорителя мы будем использовать точно такой же метод для получения и изучения более сложных экзотических частиц, с некоторыми из которых нам, вероятно, еще не доводилось сталкиваться ранее».
Следующими шагами, которые намерены предпринять ученые, станет дальнейший анализ имеющихся данных и подготовка к полноценному запуску ускорителя CEBAF. «Мы уверены, что нам уже удалось произвести на свет гибридные мезоны, однако в нашем распоряжении пока имеется слишком мало данных для того, чтобы начать их поиски. Сейчас мы делаем все возможное для того, чтобы удостовериться, что все оборудование и датчики эксперимента работают должным образом и не подведут нас, когда дело коснется проведения основного эксперимента. А этот эксперимент может принести столь неожиданные результаты, которые станут способны потрясти всю область современной физики и все, что с ней связано».
Помимо основных исследований на ускорителе CEBAF будет проведен ряд дополнительных исследований, целью которых является получение первых снимков трехмерной структуры нейтронов и протонов, изучение динамики движения глюонов и кварков в ядрах атомов и некоторые другие эксперименты, связанные с фундаментальными свойствами материи и ее строением.
По материалам портала PHYS.ORG
Источник: dailytechinfo.org
