КлейХ

Рис. 1: Спектрометр GlueX в зале D лаборатории Джефферсона, вид со стороны выхода, октябрь 2017 г.

GlueX — это эксперимент по физике элементарных частиц, расположенный в Национального ускорительного центра Томаса Джефферсона (JLab) ускорителе в Ньюпорт-Ньюсе, штат Вирджиния . Его основная цель — лучше понять природу удержания в квантовой хромодинамике (КХД) путем идентификации спектра гибридных и экзотических мезонов, генерируемых возбуждением глюонного поля, связывающего кварки . Предполагается, что такие мезонные состояния существуют за пределами устоявшейся модели кварков , но ни одно из них не было окончательно идентифицировано предыдущими экспериментами. Широкий статистический обзор известных легких мезонов, вплоть до $J/\psi$ также ведется.

Экспериментальная установка

В эксперименте используется фоторождение (то есть рассеяние реального фотона на нуклоне ) для создания мезонных состояний. В отличие от предыдущих подобных экспериментов, в нем используются линейно поляризованные фотоны, что позволяет анализировать накопленные события для определенных наблюдаемых поляризации, которые, как считается, делают возможной идентификацию экзотических состояний.

Детектор GlueX был установлен в новом зале D (четвертом таком зале в JLab) в рамках модернизации ускорителя до энергии 12 ГэВ . GlueX начал свой первый пуск в эксплуатацию в 2014 году и впервые получил электроны с энергией 12 ГэВ в 2015 году, что является самой высокой энергией, доступной на ускорителе CEBAF. Физические данные публикационного качества собирались в течение нескольких недель, начиная с 2016 года, вплоть до 2023 года и далее.

Детектор основан на соленоидальном герметичном детекторе, оптимизированном для отслеживания заряженных частиц ( электронов , пионов , каонов и протонов ) и обнаружения нейтральных частиц (в первую очередь фотонов). На рис. 1 показан детектор.

GlueX использует метод когерентного тормозного излучения для создания линейно поляризованного фотонного луча. Чтобы достичь оптимальной энергии фотонов около 9 ГэВ для этого отображения экзотического спектра, требуются электроны с энергией 12 ГэВ, которые предоставляются ускорителем CEBAF в лаборатории Джефферсона.

В 2018 году будут улучшены возможности разделения каонов и пионов за счет добавления дифференциального черенковского детектора света на основе кварца («DIRC»).

Программа

Цель эксперимента GlueX — поиск и изучение гибридных мезонов. Гибридные мезоны и, в частности, экзотические гибридные мезоны представляют собой идеальную лабораторию для тестирования КХД в режиме конфайнмента, поскольку эти мезоны явно проявляют глюонные степени свободы. Ожидается, что фотопроизводство будет особенно эффективным в создании и идентификации этих состояний. В то же время эти данные будут использованы для изучения спектра обычных мезонов, включая малоизученные возбужденные векторные мезоны и страндений.

Поиск новых мезонных состояний требует весьма специализированных методов анализа, поскольку такие состояния редки и должны быть установлены путем их распада на более легкие и долгоживущие частицы. Изучая энергетическое и угловое распределение образующихся частиц посредством парциального волнового анализа , можно реконструировать образование и распад всех промежуточных состояний. Этим методом можно установить квантовые числа промежуточных состояний. Эти квантовые числа включают спиновый угловой момент (J), четность (P) и четность зарядового сопряжения (C). Ожидается, что многие гибридные состояния будут иметь такие же комбинации квантовых чисел, как и обычные мезоны кварковой модели. Но модель кварков точно предсказывает, сколько таких состояний должно существовать, и ожидается, что «перенаселенность» определенных комбинаций может предвещать гибридные состояния. То есть идентифицированные промежуточные состояния с квантовыми числами, разрешенными моделью кварков, могут быть «гибридами», содержащими глюонное возбуждение, и могут быть установлены как таковые, если их количество и характер распределения масс не объяснены в рамках простой модели кварков. Состояния с квантовыми числами, которые строго запрещены наивной моделью кварков, считаются «экзотическими» и, если они обнаружены экспериментально, немедленно демонстрируют глюонное возбуждение.

Список научных и технических работ, полученных в результате работы программы GlueX, приведен в конце этой статьи. Спектр рассматриваемых вопросов широк, как видно из следующего списка тем текущих и возможных будущих запусков:

• Исследование спектра легких мезонов
• Парциальное волновое разложение различных каналов реакции для выявления лежащей в основе мезонной структуры
• Пороговое фоторождение очарования и поиск ассоциированных пентакварков
• Высокостатистическое исследование эта и эта'-мезонов. образования, асимметрии и распадов
• Фоторождение пар барион-антибарион
• Поиск фотоиндуцированных каскадных резонансов, помимо немногих хорошо известных
• Поиск «лептофобных» состояний за пределами Стандартной модели
• Измерение ширины распада эта-мезона с помощью эффекта Примакова
• Измерение поляризуемости пионов как тест низкоэнергетической КХД.

Сотрудничающие учреждения

Суммарно с 2003 года.

Университеты

• Университет штата Аризона - Темпе, Аризона
• Университет Карнеги-Меллона - Питтсбург, Пенсильвания
• Католический университет Америки - Вашингтон, округ Колумбия
• Университет Кристофера Ньюпорта - Ньюпорт-Ньюс, Вирджиния
• Международный университет Флориды - Майами, Флорида
• Университет штата Флорида - Таллахасси, Флорида
• Университет Джорджа Вашингтона - Вашингтон, округ Колумбия
• Университет Индианы - Блумингтон, Индиана
• Массачусетский технологический институт – Кембридж, Массачусетс
• Норфолкский государственный университет - Норфолк, Вирджиния
• Штат Северная Каролина A&T - Гринсборо, Северная Каролина
• Северо-Западный университет - Чикаго, Иллинойс
• Университет Олд Доминион - Норфолк, Вирджиния
• Политехнический институт Ренсселера - Трой, Нью-Йорк
• Колледж Уильяма и Мэри - Вильямсбург, Вирджиния
• Tomsk State University - Tomsk, Russia
• Технический университет Федерико Санта-Мария - Вальпараисо, Чили
• Афинский университет - Афины, Греция
• Университет Коннектикута - Сторрс, Коннектикут
• Университет Глазго - Глазго, Шотландия
• Университет Северной Каролины - Уилмингтон, Северная Каролина
• Массачусетский университет - Амхерст, Массачусетс
• Университет Реджайны - Реджайна, Канада
• Университет Вирджинии - Шарлоттсвилл, Вирджиния
• Уханьский университет - Ухань, Китай

Лаборатории

• Институт ядерной физики им. Будкера - Новосибирск, Россия
• GSI - Дармштадт, Германия
• Институт физики высоких энергий - Протвино, Россия
• Институт физики высоких энергий (ИФВЭ) - Пекин, Китай
• Институт ядерной физики МГУ - Москва, Россия
• Национальный ускорительный комплекс Томаса Джефферсона - Ньюпорт-Ньюс, Вирджиния
• Ереванский физический институт - Ереван, Армения

См. также

• Экзотический мезон
• Глюббол
• Клей

Внешние ссылки

• Список публикаций GlueX от INSPIRE-HEP
• Официальная веб-страница Hall-D в лаборатории Джефферсона
• GlueX.org : сайт для совместной работы.
• Запись эксперимента GlueX на INSPIRE-HEP