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.

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.