Revolutionær opdagelse: Forskere finder toponium ved LHC!

Revolutionær opdagelse: Forskere finder toponium ved LHC!

Forskere fra Universitetet i Hamborg og DESY har gjort banebrydende fremskridt inden for partikelfysik ved at finde beviser for partikeltoponium. Toponium opstår fra en bundet tilstand mellem en topkvark og dens antipartikel, anti-topkvarken. Denne opdagelse kunne give afgørende ny indsigt i den grundlæggende struktur af alt stof.

Fremskridtet blev muliggjort af signaler opnået i to eksperimenter Stor Hadron Collider (LHC) af CERN blev identificeret. Topkvarken, den tungeste kendte elementarpartikel, henfalder på mindre end en kvadrilliontedel af et sekund, hvilket understreger, hvad der blev betragtet som en ekstremt udfordrende antagelse om at observere bundne tilstande. Indtil nu var den opfattelse, at en sådan tilstand ikke kunne detekteres med antipartiklen, men nye data ryster denne opfattelse.

Opdagelse i eksperimenter

Opdagelsen af ​​toponium blev gjort uafhængigt i CMS- og ATLAS-eksperimenterne på LHC. Ifølge forskerne blev der målt en større mængde topkvarker med lav kinetisk energi, hvilket muliggør dannelsen af ​​toponium. De første indikationer på toponium var allerede i CMS-eksperimentet i 2016, som blev forstærket med yderligere data fra 2017 og 2018. ATLAS var i stand til at bekræfte sammenhængen ved hjælp af egne data, hvilket yderligere understreger relevansen af ​​resultaterne.

Laurids Jeppe, ph.d.-studerende ved Universitetet i Hamborg, understreger, at den præcision, der opnås ved måling af sjældne processer, er bemærkelsesværdig. De opnåede resultater blev udført på højenergifysikkonferencen i European Physical Society.

Derudover afslører analyserne af CMS-eksperimentet en uventet egenskab i topkvarkers adfærd. Denne observation tyder på, at topkvarker kortvarigt danner en "kvasibundet tilstand" med deres antipartikler, kaldet toponium. Denne opdagelse er ikke kun overraskende, men kan også varsle nye partikler, der tester grænserne for den nuværende standardmodel for partikelfysik.

Målinger og deres betydning

CMS-eksperimentet fandt, at produktionstværsnittet for overskuddet af top-quark-antiquark-par var 8,8 picobarns (pb), med en usikkerhed på 1,3 pb, hvilket opnåede et "fem sigma"-sikkerhedsniveau. ATLAS-samarbejdet fandt ud af, at de samme effekter blev bekræftet i de overordnede LHC Run-2-data, idet produktionstværsnittet blev målt til 9,0±1,3 pb og udelukket signifikante modeller, der ignorerer dannelsen af ​​en kvasi-bundet tilstand.

En alternativ forklaringsmodel kunne involvere eksistensen af ​​en ny partikel med en masse tæt på det dobbelte af topkvarkens masse. For endeligt at fortolke fænomenerne kræves der dog præcis modellering af kvarker og gluoners adfærd i højenergikollisioner.

Opdagelsen af ​​Toponium ville ikke kun udvide forståelsen af ​​Quarkonia, men også lede forskningslandskabet til nye måder at studere den stærke interaktion på. Disse formationer af tunge kvark-antiquark-parringer repræsenterer allerede de tidligere opdagelser af charmonian og bottomonian i 1970'erne, og den igangværende tredje fase af LHC forventes at give yderligere data til yderligere at udforske top-quark-antiquark interaktioner.