美首次在光子—質子碰撞中測量J/ψ介子表明膠子對質子質量的直接貢獻為80%以上

2019-10-11 14:50:52 來源: 科技日報 作者: 劉霞

科技日報記者 劉霞

美國物理學家在新一期《物理評論快報》雜志撰文稱,他們借助光子—質子碰撞,首次對一種名為J/ψ介子的亞原子粒子進行了測量。初步結果表明,膠子對質子質量的直接貢獻為80%以上。研究人員稱,測量在以前未探索過的能量區域進行,有望開辟新研究領域。

J/ψ介子由一個粲夸克和一個反粲夸克組成,由光子—質子碰撞產生,因此攜帶有質子中膠子的信息。夸克是一種基本粒子,質子和中子都由夸克組成;而膠子讓夸克“偎依”在一起。J/ψ介子由丁肇中等團隊發現。1976年,丁肇中等人因此榮膺諾貝爾物理學獎。

佛羅里達州立大學(FSU)強子物理學小組是美國能源部托馬斯·杰斐遜國家加速器設施GlueX協作組的主要成員,他們希望找出與膠子有關的新信息。

在實驗中,研究人員將光子束發射到GlueX光譜儀中,光子束穿過液態氫罐,并與其中的質子發生反應。探測器接著開始測量在對撞中產生的粒子,物理學家可重建對撞細節并獲得更多有關產生粒子的信息。

研究從2016年開始,研究人員每年能收集約100萬至200萬千兆字節的數據。他們表示,與以往研究相比,新測量在更低的能量閾值下進行,這意味著新測量對膠子在質子中的分布以及它們對質子質量的貢獻更敏感。

結果表明,產生的J/ψ介子比預期要多,這意味著膠子對質子以及整個原子核質量的貢獻更大,膠子對質子質量的直接貢獻為80%以上。

科學家們仍在進行進一步測量,希望對組成原子核的粒子和力有更深入的了解。在測量碰撞中產生的J/ψ介子時,還可以尋找其他包含粲夸克的亞原子粒子。GlueX協作組也一直在尋找五夸克態(pentaquarks),但迄今一無所獲。此前,中國清華大學科學家參與的LHCb實驗發現了五夸克態的蹤跡。

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