Революционно откритие: Изследователи откриха топоний в LHC!

Революционно откритие: Изследователи откриха топоний в LHC!

Изследователи на Хамбургски университет и DESY постигнаха новаторски напредък във физиката на елементарните частици, като откриха доказателства за частиците топоний. Топониумът възниква от свързано състояние между топ кварк и неговата античастица, антитоп кварк. Това откритие може да даде нови важни прозрения за фундаменталната структура на цялата материя.

Напредъкът стана възможен благодарение на сигналите, получени в два експеримента Голям адронен колайдер (LHC) на CERN бяха идентифицирани. Топ кваркът, най-тежката известна елементарна частица, се разпада за по-малко от квадрилионна част от секундата, подчертавайки това, което се смяташе за изключително предизвикателно предположение за наблюдение на свързани състояния. Досега се смяташе, че такова състояние не може да бъде открито с античастицата, но новите данни разклащат тази гледна точка.

Entdeckung in Experimenten

Откриването на топония е направено независимо в експериментите CMS и ATLAS в LHC. Според изследователите е измерено по-голямо количество топ кварки с ниска кинетична енергия, което позволява образуването на топоний. Първите индикации за топоний вече бяха в експеримента на CMS през 2016 г., който беше подсилен с допълнителни данни от 2017 и 2018 г. ATLAS успя да потвърди връзката, използвайки собствените си данни, което допълнително подчертава уместността на резултатите.

Laurids Jeppe, докторант в университета в Хамбург, подчертава, че прецизността, постигната при измерване на редки процеси, е забележителна. Постигнатите резултати са представени на Конференцията по физика на високите енергии на Европейското физическо общество.

В допълнение, анализите на експеримента CMS разкриват неочаквано свойство в поведението на топ кварките. Това наблюдение предполага, че топ кварките образуват за кратко „квазисвързано състояние“ с техните античастици, наречени топоний. Това откритие е не само изненадващо, но също така може да предвещава нови частици, които тестват границите на текущия стандартен модел на физиката на елементарните частици.

Измерванията и тяхното значение

Експериментът на CMS установи, че напречното сечение на производството за излишъка на двойки топ кварк-антикварк е 8,8 пикобара (pb), с несигурност от 1,3 pb, постигайки ниво на увереност „пет сигма“. Сътрудничеството с ATLAS установи, че същите ефекти са потвърдени в общите данни от LHC Run-2, измервайки напречното сечение на продукцията до 9,0±1,3 pb и изключвайки значими модели, които игнорират образуването на квазисвързано състояние.

Алтернативен обяснителен модел може да включва съществуването на нова частица с маса, близка до два пъти масата на топ кварка. Въпреки това, за да се интерпретират окончателно явленията, е необходимо точно моделиране на поведението на кварките и глуоните при високоенергийни сблъсъци.

Откриването на Toponium не само ще разшири разбирането за Quarkonia, но и ще насочи изследователския пейзаж към нови начини за изучаване на силното взаимодействие. Тези образувания на тежки двойки кварк-антикварк вече представляват предишните открития на чармониан и боттониан през 70-те години на миналия век и се очаква текущата трета фаза на LHC да предостави допълнителни данни за по-нататъшно изследване на взаимодействията топ кварк-антикварк.