Revoluční objev: Výzkumníci našli toponium na LHC!

Revoluční objev: Výzkumníci našli toponium na LHC!

Výzkumníci z Univerzita v Hamburku a DESY učinily převratný pokrok ve fyzice částic tím, že našly důkazy o částicovém toponiu. Toponium vzniká z vázaného stavu mezi top kvarkem a jeho antičásticí, anti-top kvarkem. Tento objev by mohl poskytnout zásadní nový pohled na základní strukturu veškeré hmoty.

Posun umožnily signály získané ve dvou experimentech Velký hadronový urychlovač (LHC) CERNu. Top kvark, nejtěžší známá elementární částice, se rozpadá za méně než kvadriliontinu sekundy, což podtrhuje to, co bylo považováno za extrémně náročný předpoklad pozorovat vázané stavy. Dosud panoval názor, že takový stav nelze antičásticí detekovat, ale nová data tímto názorem otřásají.

Objevování v experimentech

Objev toponia byl učiněn nezávisle v experimentech CMS a ATLAS na LHC. Podle vědců bylo naměřeno větší množství top kvarků s nízkou kinetickou energií, což umožňuje vznik toponia. První náznaky toponia byly již v experimentu CMS v roce 2016, který byl posílen o další data z let 2017 a 2018. ATLAS dokázal spojitost potvrdit pomocí vlastních dat, což dále podtrhuje relevanci výsledků.

Laurids Jeppe, doktorand na univerzitě v Hamburku, zdůrazňuje, že přesnost dosažená při měření vzácných procesů je pozoruhodná. Dosažené výsledky byly provedeny na konferenci High Energy Physics Conference Evropské fyzikální společnosti.

Navíc analýzy experimentu CMS odhalily neočekávanou vlastnost v chování top kvarků. Toto pozorování naznačuje, že top kvarky stručně tvoří „kvazi-vázaný stav“ se svými antičásticemi, nazývanými toponium. Tento objev je nejen překvapivý, ale mohl by také předznamenat nové částice, které testují limity současného Standardního modelu částicové fyziky.

Měření a jejich význam

Experiment CMS zjistil, že produkční průřez pro přebytek párů top kvark-antikvark je 8,8 pikobarnů (pb), s nejistotou 1,3 pb, čímž se dosáhlo úrovně spolehlivosti „pět sigma“. Spolupráce ATLAS zjistila, že stejné účinky byly potvrzeny v celkových datech LHC Run-2, měřením produkčního průřezu na 9,0 ± 1,3 pb a vyloučením významných modelů, které ignorují vznik kvazi vázaného stavu.

Alternativní vysvětlující model by mohl zahrnovat existenci nové částice s hmotností blízkou dvojnásobku hmotnosti top kvarku. Aby však bylo možné jev přesvědčivě interpretovat, je zapotřebí přesné modelování chování kvarků a gluonů ve vysokoenergetických srážkách.

Objev Toponia by nejen rozšířil chápání Quarkonia, ale také by nasměroval výzkumnou krajinu k novým způsobům studia silné interakce. Tyto formace těžkých párů kvark-antikvark již reprezentují předchozí objevy charmonia a bottomonianu v 70. letech 20. století a očekává se, že probíhající třetí fáze LHC poskytne další data k dalšímu zkoumání interakcí top kvark-antikvark.