Search for charmonium(like) states in at BESIII
Met behulp van een datastatistiek van 1667,4 pb verzameld bij GeV met de BESIII-detector, leverde een zoektocht naar charmonium-achtige toestanden die vervallen in via het proces geen significant signaal op, wat resulteerde in de vaststelling van 90% betrouwbaarheidsniveau bovengrens op het product van de productie dwarsdoorsnede en vertakkingsfractie voor potentiële -even toestanden, inclusief en diverse geëxciteerde charmonia.
Oorspronkelijk artikel gelicentieerd onder CC BY 4.0 (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). Dit is een AI-gegenereerde uitleg van het onderstaande artikel. Het is niet geschreven of goedgekeurd door de auteurs. Raadpleeg het oorspronkelijke artikel voor technische nauwkeurigheid. Lees de volledige disclaimer
In de subatomaire wereld is materie opgebouwd uit een kleine familie van fundamentele deeltjes die quarks worden genoemd. De meeste materie die we dagelijks zien, zoals de protonen en neutronen in onze lichamen, is gemaakt van quarks die in groepen van drie aan elkaar gebonden zijn. De wetten van de natuurkunde staan echter ook voor meer exotische combinaties toe, zoals vier quarks die samen in één pakketje worden vastgehouden. Deze zeldzame formaties staan bekend als tetraquarks, en ze gedragen zich anders dan de gewone materie waarmee we vertrouwd zijn. Decennialang hebben natuurkundigen gezocht naar deze ongewone toestanden, met name die waarbij een zwaar type quark betrokken is, genaamd de "charm"-quark. Een beroemd voorbeeld, ontdekt twintig jaar geleden, is een deeltje genaamd X(3872). Het bevindt zich precies op de rand waar twee zware deeltjes net niet genoeg aan elkaar plakken, wat wetenschappers doet geloven dat het een los molecuul zou kunnen zijn van twee kleinere deeltjes, in plaats van een strakke knoop van vier quarks. Als dit moleculaire idee correct is, voorspelt de natuurkunde dat er een zwaardere partner van dit deeltje zou moeten zijn, die iets hoger in energie zit, wachtend om gevonden te worden.
Een team onderzoekers dat gebruikmaakt van de BESIII-detector bij de Beijing Electron Positron Collider, zette zich in om deze voorspelde partner te vinden. Ze richtten hun zoektocht op een specifiek energieniveau waar de theorie suggereerde dat een nieuw deeltje, vaak de X(4013) genoemd, zou kunnen bestaan. Dit hypothetische deeltje zou een zware neef van de X(3872) zijn, potentieel bestaande uit twee neutrale D-mesonen die aan elkaar gebonden zijn. Om een glimp van het op te vangen, lieten de wetenschappers elektronen en positronen op een precieze energie van 4,682 GeV op elkaar botsen. Wanneer deze deeltjes botsen, kunnen ze soms een flits van licht produceren—een foton—en een zwaar, instabiel deeltje achterlaten dat snel uiteenvalt. De onderzoekers zochten specifiek naar gebeurtenissen waarbij een foton werd geproduceerd samen met een deeltje dat onmiddellijk verviel in een paar neutrale D-mesonen, die op hun beurt weer uiteenvielen in andere deeltjes die de detector kon volgen.
Het team analyseerde een enorme collectie gegevens, equivalent aan 1.667,4 inverse picobarn botsingen, om te zien of een van deze gebeurtenissen clusterde rond de massa waar de X(4013) verwacht werd te verschijnen. Ze zochten ook naar verschillende andere bekende typen zware deeltjes die in hetzelfde energiebereik zouden kunnen bestaan, puur om grondig te zijn. Na het zorgvuldig sorteren van de botsingen en het wegfilteren van achtergrondruis van andere veelvoorkomende deeltjesinteracties, vonden de onderzoekers geen bewijs voor de X(4013) of de andere voorspelde toestanden. De gegevens vertoonden geen significante piek of signaal dat de aanwezigheid van deze nieuwe deeltjes zou aangeven. In plaats van een ontdekking te vinden, stelden het experiment strikte bovengrenzen vast voor hoe vaak deze deeltjes mogelijk geproduceerd kunnen worden. Voor de X(4013) bepaalden het team dat, indien het bestaat, het zo zelden wordt geproduceerd dat de productiesnelheid minder moet zijn dan 5,6 gebeurtenissen per eenheid botsingsenergie, met een hoge mate van statistische betrouwbaarheid.
Dit resultaat is significant omdat het ons vertelt wat er niet is, waardoor het pad voor toekomstige theorieën wordt vernauwd. Hoewel de X(3872) een mysterie blijft dat een moleculaire toestand zou kunnen zijn, zou zijn zwaardere partner, als hij dezelfde regels volgt, in deze gegevens zichtbaar moeten zijn geweest. Het feit dat hij niet werd gezien, suggereert dat ofwel dit deeltje niet bestaat, of dat het veel moeilijker te creëren en te detecteren is dan de huidige modellen voorspelden. De onderzoekers stelden ook limieten vast voor andere potentiële zware deeltjes, zoals geëxciteerde versies van de eta-c en chi-c families, en vonden ook geen tekenen van hen. Door deze mogelijkheden met hoge precisie uit te sluiten, biedt de studie een duidelijker kaart voor andere wetenschappers, waarbij wordt getoond dat de zoektocht naar deze specifieke zware quarkcombinaties elders moet kijken of andere theoretische verklaringen moet overwegen. Het werk demonstreert dat de huidige detectoren gevoelig genoeg zijn om deze deeltjes te vinden als ze in de voorspelde hoeveelheden aanwezig waren, en hun afwezigheid is een waardevol stukje van de puzzel in het begrijpen van hoe de sterke kracht materie bindt samen.
Verdrinkt u in papers in uw vakgebied?
Ontvang dagelijkse digests van de nieuwste papers die bij uw onderzoekswoorden passen — met technische samenvattingen, in uw taal.