Revoliucinis atradimas: tyrėjai randa toponiumą LHC!

Revoliucinis atradimas: tyrėjai randa toponiumą LHC!

Tyrėjai iš Hamburgo universitetas ir DESY padarė novatorišką pažangą dalelių fizikoje, radę toponio dalelės įrodymų. Toponis atsiranda dėl surištos būsenos tarp viršutinio kvarko ir jo antidalelės, anti-top kvarko. Šis atradimas galėtų suteikti esminių naujų įžvalgų apie esminę visos materijos struktūrą.

Pažanga buvo įmanoma dėl dviejų eksperimentų gautų signalų Didysis hadronų greitintuvas CERN (LHC). Viršutinis kvarkas, sunkiausia žinoma elementarioji dalelė, suyra per mažiau nei kvadrilijonąją sekundės dalį, pabrėždama tai, kas buvo laikoma itin sudėtinga prielaida stebėti susietas būsenas. Iki šiol buvo manoma, kad su antidalele tokios būsenos aptikti nepavyko, tačiau nauji duomenys šią nuomonę sukrečia.

Atradimas eksperimentuose

Toponio atradimas buvo atliktas nepriklausomai CMS ir ATLAS eksperimentuose LHC. Tyrėjų teigimu, buvo išmatuotas didesnis kiekis žemos kinetinės energijos viršutinių kvarkų, kurie leidžia susidaryti toponiui. Pirmieji toponiumo požymiai buvo jau 2016 m. TVS eksperimente, kuris buvo sustiprintas papildomais 2017 ir 2018 m. duomenimis. ATLAS galėjo patvirtinti ryšį naudodamasi savo duomenimis, o tai dar labiau pabrėžia rezultatų aktualumą.

Hamburgo universiteto doktorantas Lauridsas Jeppe pabrėžia, kad tikslumas, pasiektas matuojant retus procesus, yra nepaprastas. Pasiekti rezultatai buvo atlikti Europos fizikos draugijos Aukštos energijos fizikos konferencijoje.

Be to, CMS eksperimento analizė atskleidžia netikėtą viršutinių kvarkų elgesio savybę. Šis stebėjimas rodo, kad viršutiniai kvarkai trumpam sudaro „kvazi-susietą būseną“ su savo antidalelėmis, vadinamomis toponiu. Šis atradimas ne tik stebina, bet ir gali numatyti naujas daleles, kurios išbando dabartinio standartinio dalelių fizikos modelio ribas.

Matavimai ir jų reikšmė

CMS eksperimentas nustatė, kad didžiausių kvarkų ir antikvarkų porų pertekliaus gamybos skerspjūvis yra 8,8 pikobarno (pb), o neapibrėžtis 1,3 pb, todėl buvo pasiektas „penkių sigmų“ patikimumo lygis. Bendradarbiaujant ATLAS nustatyta, kad tie patys efektai buvo patvirtinti bendruose LHC Run-2 duomenyse, matuojant gamybos skerspjūvį iki 9, 0 ± 1, 3 pb ir neįtraukiant reikšmingų modelių, kurie nepaiso beveik susietos būsenos susidarymo.

Alternatyvus aiškinamasis modelis galėtų apimti naujos dalelės, kurios masė beveik dvigubai didesnė už viršutinio kvarko masę, egzistavimą. Tačiau norint galutinai interpretuoti reiškinius, reikia tiksliai modeliuoti kvarkų ir gliuonų elgesį didelės energijos susidūrimų metu.

Toponio atradimas ne tik išplėstų supratimą apie Quarkonia, bet ir nukreiptų tyrimų kraštovaizdį į naujus stiprios sąveikos tyrimo būdus. Šios sunkiųjų kvarkų ir antikvarkų porų dariniai jau atspindi ankstesnius žavesio ir dugno atradimus aštuntajame dešimtmetyje, o tikimasi, kad vykstantis trečiasis LHC etapas suteiks papildomų duomenų, kad būtų galima toliau tirti populiariausias kvarkų ir antikvarkų sąveikas.