Revolutsiooniline avastus: teadlased leiavad LHC-st toponiumi!

Revolutsiooniline avastus: teadlased leiavad LHC-st toponiumi!

Uurijad Hamburgi Ülikool ja DESY on teinud osakeste füüsikas murrangulisi edusamme, leides tõendeid toponiumi osakese kohta. Topoonium tekib pealiskvargi ja selle antiosakese ehk anti-top kvargi vahelisest seotud olekust. See avastus võib anda olulise uue ülevaate kogu aine põhistruktuurist.

Edasiminek sai võimalikuks kahe katsega saadud signaalide abil Suur hadronite põrgataja CERNi (LHC) tuvastati. Ülemine kvark, raskeim teadaolev elementaarosake, laguneb vähem kui kvadriljondiku sekundiga, rõhutades seda, mida peeti äärmiselt keeruliseks eelduseks seotud olekute jälgimisel. Seni oli arvamus, et sellist olekut antiosakesega tuvastada ei õnnestu, kuid uued andmed kõigutavad seda seisukohta.

Avastus katsetes

Topooniumi avastamine tehti sõltumatult CMS-i ja ATLAS-i katsetes LHC-s. Teadlaste sõnul mõõdeti suurem kogus madala kineetilise energiaga tippkvarke, mis võimaldavad toponiumi moodustumist. Esimesed märgid toponiumile olid juba 2016. aastal CMS-i eksperimendis, mida täiendati 2017. ja 2018. aasta lisaandmetega. ATLAS suutis seost kinnitada oma andmete põhjal, mis rõhutab veelgi tulemuste asjakohasust.

Hamburgi ülikooli doktorant Laurids Jeppe rõhutab, et haruldaste protsesside mõõtmisel saavutatav täpsus on märkimisväärne. Saavutatud tulemused viidi läbi Euroopa Füüsika Seltsi High Energy Physics konverentsil.

Lisaks näitavad CMS-i eksperimendi analüüsid tippkvarkide käitumises ootamatut omadust. See tähelepanek viitab sellele, et tippkvargid moodustavad oma antiosakestega, mida nimetatakse topooniumiks, korraks "kvaasiseotud oleku". See avastus pole mitte ainult üllatav, vaid võib ennustada ka uusi osakesi, mis testivad osakeste füüsika praeguse standardmudeli piire.

Mõõtmised ja nende tähendus

CMS-i katses leiti, et ülemiste kvarkide ja antikvarkide paaride toodangu ristlõige on 8,8 pikobarni (pb), määramatusega 1,3 pb, mis saavutas "viie sigma" usaldusväärsuse taseme. ATLAS-i koostöös leiti, et samad efektid kinnitati üldistes LHC Run-2 andmetes, mõõtes tootmise ristlõiget 9, 0 ± 1, 3 pb ja jättes välja olulised mudelid, mis eiravad kvaasiseotud oleku moodustumist.

Alternatiivne selgitav mudel võib hõlmata uue osakese olemasolu, mille mass on ülemise kvargi massist peaaegu kaks korda suurem. Kuid nähtuste lõplikuks tõlgendamiseks on vaja kvarkide ja gluoonide käitumise täpset modelleerimist suure energiaga kokkupõrgetes.

Topooniumi avastamine mitte ainult ei laiendaks Quarkonia mõistmist, vaid suunaks ka uurimismaastikku uutele viisidele tugeva interaktsiooni uurimiseks. Need raskete kvarkide ja antikvarkide paaride moodustised esindavad juba 1970. aastatel tehtud šarmoonia ja põhjaosa avastusi ning LHC käimasolev kolmas faas peaks eeldatavasti andma täiendavaid andmeid kvarkide ja antikvarkide koostoimete edasiseks uurimiseks.