اكتشاف ثوري: الباحثون يعثرون على التوبونيوم في LHC!

اكتشاف ثوري: الباحثون يعثرون على التوبونيوم في LHC!

الباحثون في جامعة هامبورغ وقد حقق كل من DESY تقدمًا رائدًا في فيزياء الجسيمات من خلال العثور على دليل على وجود جسيم التوبونيوم. ينشأ التوبونيوم من حالة الارتباط بين الكوارك العلوي وجسيمه المضاد، الكوارك المضاد للقمي. يمكن أن يوفر هذا الاكتشاف رؤى جديدة مهمة حول البنية الأساسية لجميع المواد.

أصبح هذا التقدم ممكنًا بفضل الإشارات التي تم الحصول عليها في تجربتين مصادم هادرون الكبير تم تحديد (LHC) من CERN. يضمحل الكوارك العلوي، وهو أثقل جسيم أولي معروف، في أقل من جزء من كوادريليون من الثانية، مما يؤكد ما كان يعتبر افتراضًا صعبًا للغاية لمراقبة الحالات المقيدة. حتى الآن، كان الرأي السائد هو أنه لا يمكن اكتشاف مثل هذه الحالة باستخدام الجسيم المضاد، لكن البيانات الجديدة تهز هذا الرأي.

الاكتشاف في التجارب

تم اكتشاف التوبونيوم بشكل مستقل في تجارب CMS وATLAS في LHC. ووفقا للباحثين، تم قياس كمية أكبر من الكواركات القمية ذات الطاقة الحركية المنخفضة، مما يتيح تكوين التوبونيوم. كانت المؤشرات الأولى للتوبونيوم موجودة بالفعل في تجربة CMS في عام 2016، والتي تم تعزيزها ببيانات إضافية من عامي 2017 و2018. وقد تمكنت ATLAS من تأكيد الاتصال باستخدام بياناتها الخاصة، مما يؤكد بشكل أكبر على أهمية النتائج.

ويؤكد لوريدس جيبي، طالب الدكتوراه في جامعة هامبورغ، أن الدقة التي يتم تحقيقها عند قياس العمليات النادرة تعتبر رائعة. تم تنفيذ النتائج التي تم تحقيقها في مؤتمر فيزياء الطاقة العالية للجمعية الفيزيائية الأوروبية.

بالإضافة إلى ذلك، تكشف تحليلات تجربة CMS عن خاصية غير متوقعة في سلوك الكواركات القمية. تشير هذه الملاحظة إلى أن الكواركات العلوية تشكل لفترة وجيزة "حالة شبه مرتبطة" مع جسيماتها المضادة، تسمى التوبونيوم. هذا الاكتشاف ليس مفاجئًا فحسب، بل يمكن أيضًا أن ينبئ بجسيمات جديدة تختبر حدود النموذج القياسي الحالي لفيزياء الجسيمات.

القياسات ومعناها

وجدت تجربة CMS أن المقطع العرضي للإنتاج للفائض من أزواج الكواركات والكواركات المضادة يبلغ 8.8 بيكوبارنز (pb)، مع عدم يقين قدره 1.3 pb، مما يحقق مستوى "خمسة سيجما" من الثقة. وجد تعاون ATLAS أن نفس التأثيرات تم تأكيدها في بيانات LHC Run-2 الشاملة، حيث تم قياس المقطع العرضي للإنتاج إلى 9.0 ± 1.3 pb واستبعاد النماذج المهمة التي تتجاهل تكوين حالة شبه مرتبطة.

يمكن أن يتضمن النموذج التفسيري البديل وجود جسيم جديد بكتلة تقارب ضعف كتلة الكوارك العلوي. ومع ذلك، من أجل تفسير هذه الظاهرة بشكل قاطع، لا بد من وضع نماذج دقيقة لسلوك الكواركات والجلونات في الاصطدامات عالية الطاقة.

لن يؤدي اكتشاف التوبونيوم إلى توسيع فهم الكواركونيا فحسب، بل سيوجه المشهد البحثي أيضًا إلى طرق جديدة لدراسة التفاعل القوي. تمثل هذه التكوينات من الاقتران الثقيل بين الكواركات والكواركات المضادة بالفعل الاكتشافات السابقة للتشرمونية والبوتتونية في السبعينيات، ومن المتوقع أن توفر المرحلة الثالثة الجارية من مصادم الهادرونات الكبير بيانات إضافية لمواصلة استكشاف أهم التفاعلات بين الكواركات والكواركات المضادة.