CERN Accelerating science

denne medieopdatering er en del af en serie relateret til Large Hadron Collider Physics conference i 2020, der finder sted fra 25.Til 30. maj 2020. Oprindeligt planlagt til at finde sted i Paris, afholdes konferencen helt online på grund af COVID-19-pandemien.

ALICE–, CMS – og LHCb-samarbejdet på CERN præsenterer nye målinger, der viser, hvordan charmerede partikler–partikler indeholdende charmekvarker-kan tjene som “budbringere” af to former for stof, der består af kvarker og gluoner: hadroner, der udgør det meste af det synlige stof i nutidens univers; og kvark-gluonplasmaet, som menes at have eksisteret i det tidlige univers og kan genskabes i tunge ionkollisioner ved Large Hadron Collider (LHC). Ved at studere charmerede partikler kan fysikere lære mere om hadroner, hvor kvarker er bundet af gluoner, såvel som kvark–gluonplasmaet, hvor kvarker og gluoner ikke er begrænset inden for hadroner.

hovedresultaterne er:

LHCb-teamet opnåede de mest præcise endnu målinger af to egenskaber af en partikel kendt som HC1(3872), en hadron indeholdende charme kvarker. Partiklen blev opdaget i 2003, og det har været uklart, om det er en to-kvark hadron, en mere eksotisk hadron som en tetrakvark – et system med fire kvarker tæt bundet sammen – eller et par to-kvarkpartikler svagt bundet i en molekyllignende struktur. Pinning ned karakteren af denne hadron kunne udvide fysikernes forståelse af, hvordan kvarker binder til hadroner. “Vores resultater stemmer overens med, at 1 (3872) er et par to-kvarkpartikler, der er løst bundet sammen, men det udelukker ikke fuldt ud tetrakvarkhypotesen eller andre muligheder,” siger LHCb-talsmand Giovanni Passaleva.

CMS-samarbejdet observerede for første gang omdannelsen eller “henfaldet” af en anden partikel, kaldet B0s, til den samme HC1(3872) partikel. Forskerne sammenlignede dette henfald med det tidligere observerede henfald af B+ meson, hvilket havde ført til den første påvisning af HC1(3872) i 2003. Begge typer forfald forbinder denne hadrons opførsel med de op-og mærkelige kvarker. “Målte forskelle i henfaldshastighederne er spændende og kan give yderligere indsigt i arten af 1(3872), som endnu ikke er fuldt etableret,” siger CMS-talsmand Roberto Carlin.

ALICE-samarbejdet målte den såkaldte elliptiske strøm af hadroner indeholdende charmekvarker i tunge ionkollisioner. Hadronerne oprettes under kollisioner, der også skaber et kvark–gluonplasma. Hadroner, der indeholder tunge kvarker, som charm kvark, er fremragende “budbringere” af kvark–gluonplasmaet, hvilket betyder, at de bærer vigtige oplysninger om det. “Mønsteret observeret af ALICE indikerer, at de tunge charme kvarker trækkes af kvark–gluon Plasmas ekspansion,” siger ALICE-talsmand Luciano Musa.

ser frem til, LHC-samarbejdet sigter mod at foretage mere præcise målinger af disse budbringere i kvarkverdenen ved hjælp af data fra det næste LHC-løb, som vil drage fordel af stort set opgraderede eksperimentopsætninger.

Læs mere nedenfor for en omfattende beskrivelse af disse resultater.

Charm kvark resultater relateret til hadroner

LHCb-og CMS-samarbejdet beskriver resultater fra deres studier af en hadron kendt som HC1(3872). Partiklen blev opdaget i 2003 af Belle-eksperimentet i Japan, men det har været uklart, om det er en to – kvark hadron, en mere eksotisk hadron som en tetrakvark – et system med fire kvarker tæt bundet sammen-eller et par to-kvarkpartikler svagt bundet i en molekyllignende struktur.

fastsættelse af karakteren af 1(3872) kunne udvide fysikernes forståelse af, hvordan kvarker binder sig til hadroner. De nye undersøgelser fra CMS – og LHCb – samarbejdet kaster nyt lys over-men afslører endnu ikke fuldt ud-arten af denne partikel.

ved hjælp af sofistikerede analyseteknikker og to forskellige datasæt opnåede LHCb-teamet de mest præcise målinger endnu af partiklens masse og bestemte for første gang og med en betydning på mere end fem standardafvigelser partiklens “bredde”, en parameter, der bestemmer partiklens levetid.

indtil nu havde forskere kun været i stand til at opnå øvre grænser for de tilladte værdier for denne parameter. LHCb-forskerne opdagede 1 (3872) partikler i deres datasæt ved hjælp af den klassiske “bump”-jagtteknik til at søge efter et overskud (bumpen) af kollisionshændelser over en glat baggrund. Hvert datasæt førte til en måling af masse og bredde, og resultaterne fra begge datasæt er enige med hinanden.

“vores resultater er ikke kun de mest præcise endnu, de viser også, at massen af HC1(3872) er bemærkelsesværdigt tæt på summen af masserne af D0 og D*0 charmed mesons,” siger LHCb talsmand Giovanni Passaleva. “Dette er i overensstemmelse med, at 1(3872) er et par to-kvarkpartikler løst bundet sammen, men det udelukker ikke fuldt ud tetrakvarkhypotesen eller andre muligheder.”

i mellemtiden, ved at analysere et stort datasæt registreret i løbet af tre år, observerede CMS-samarbejdet for første gang omdannelsen eller” henfaldet ” af B0S-partiklen til HC1(3872) og en Karr meson. Denne to-kvark partikel, B0s, er en relativ af B + meson, i forfald, som Belle eksperiment først opdaget HC1 (3872). Ligesom LHCb-teamet opdagede CMS-teamet HC1 (3872) ved hjælp af bump-teknikken.

“vores resultat er særligt interessant, fordi vi fandt ud af, at den hastighed, hvormed B0′ erne henfalder til hadron C1(3872), og den samme som for B0 til C1(3872) og en anti-K0 meson, mens den er omkring dobbelt så lav som for det tidligere observerede B+ henfald til C1(3872) og K+ meson,” siger CMS-talsmand Roberto Carlin. “I disse henfald spiller forskellige kvarker, bortset fra bundkvarken, en rolle,” forklarer Carlin. “Det faktum, at henfaldshastighederne ikke følger et indlysende mønster, kan kaste lys over arten af HC1(3872).”

Charm–kvarkresultater relateret til kvark-gluonplasmaet

i den anden ende af det kvarkbindende spektrum målte ALICE-samarbejdet den såkaldte elliptiske strøm af hadroner indeholdende en charm-kvark, enten bundet til en lys kvark (danner en D-meson) eller til en anticharm (laver en J/Kurt-meson) i tunge ionkollisioner. Hadroner, der indeholder tunge kvarker, charme eller bund, er fremragende budbringere af kvark–gluonplasmaet dannet i disse kollisioner. De produceres i de indledende faser af kollisionerne, før plasmaets fremkomst, og interagerer således med plasmakomponenterne gennem hele dens udvikling, fra dens hurtige ekspansion til dens afkøling og dens eventuelle omdannelse til hadroner.

Når tunge kerner ikke kolliderer med hovedet, er plasmaet langstrakt, og dets ekspansion fører til en dominerende elliptisk modulering af hadronernes momentumfordeling eller strømning. ALICE-teamet fandt ud af, at den elliptiske strøm af D-mesoner ved lavt momentum ikke er så stor som pioner, der kun indeholder lette kvarker, mens den elliptiske strøm af J/LARP-mesoner er lavere end begge, men tydeligt observeret.

“dette mønster indikerer, at de tunge charmekvarker trækkes af kvark–gluonplasmas ekspansion,” siger ALICE-talsmand Luciano Musa, “men sandsynligvis i mindre grad end lette kvarker, og at både D og J/Kris mesoner ved lav momentum delvis dannes ved binding eller rekombination af flydende kvarker.”

en anden måling udført af ALICE – teamet – af strømmen af elektroner, der stammer fra henfald af B–hadroner, der indeholder en bundkvark-indikerer, at bundkvarker også er følsomme over for den aflange form af kvark-gluonplasmaet. Upsilon-partikler, der består af en bundkvark og dens antikvark, i modsætning til en charme og anticharm som J/ris, udviser ikke signifikant strømning, sandsynligvis på grund af deres meget større masse og det lille antal bundkvarker, der er tilgængelige til rekombination.

Læs mere på CMS og LHCb hjemmesider:

• https://cms.cern/news/discreet-charm-x3872
• https://lhcb-public.web.cern.ch/ velkommen.html # (3872)2020

originale papirer:

• ALICE: https://arxiv.org/abs/2005.11131
• ALICE: https://arxiv.org/abs/2005.11130
• ALICE: https://arxiv.org/abs/2005.14518
• CMS: https://arxiv.org/abs/2005.04764
• LHCb: https://arxiv.org/abs/2005.13422
• LHCb: https://arxiv.org/abs/2005.13419