Revolucionārs atklājums: pētnieki atrod toponiju LHC!

Revolucionārs atklājums: pētnieki atrod toponiju LHC!

Pētnieki no Hamburgas Universitāte un DESY ir panākuši revolucionārus sasniegumus daļiņu fizikā, atrodot pierādījumus par daļiņu toponiju. Toponijs rodas no saistītā stāvokļa starp augšējo kvarku un tā antidaļiņu, anti-top kvarku. Šis atklājums varētu sniegt būtisku jaunu ieskatu visu matēriju pamatstruktūrā.

Šo progresu padarīja signāli, kas iegūti divos eksperimentos Lielais hadronu paātrinātājs (LHC) no CERN. Augšējais kvarks, smagākā zināmā elementārdaļiņa, sadalās mazāk nekā sekundes kvadriljonajā daļā, uzsverot to, kas tika uzskatīts par ārkārtīgi sarežģītu pieņēmumu, lai novērotu saistītos stāvokļus. Līdz šim valdīja uzskats, ka ar antidaļiņu šādu stāvokli nevar konstatēt, taču jauni dati šo viedokli satricina.

Atklājums eksperimentos

Toponija atklāšana tika veikta neatkarīgi CMS un ATLAS eksperimentos LHC. Pēc pētnieku domām, tika izmērīts lielāks daudzums augšējo kvarku ar zemu kinētisko enerģiju, kas ļauj veidot toponiju. Pirmās pazīmes par toponiju bija jau CMS eksperimentā 2016. gadā, kas tika papildināts ar papildu datiem no 2017. un 2018. gada. ATLAS spēja apstiprināt savienojumu, izmantojot savus datus, kas vēl vairāk uzsver rezultātu atbilstību.

Hamburgas Universitātes doktorants Laurids Jeppe uzsver, ka sasniegtā precizitāte, mērot retus procesus, ir ievērojama. Sasniegtie rezultāti tika veikti Eiropas Fizikas biedrības Augstas enerģijas fizikas konferencē.

Turklāt CMS eksperimenta analīze atklāj negaidītu īpašību top kvarku uzvedībā. Šis novērojums liecina, ka augšējie kvarki īslaicīgi veido “kvazi-saistītu stāvokli” ar savām antidaļiņām, ko sauc par toponiju. Šis atklājums ir ne tikai pārsteidzošs, bet arī varētu paredzēt jaunas daļiņas, kas pārbauda pašreizējā daļiņu fizikas standarta modeļa robežas.

Mērījumi un to nozīme

CMS eksperimentā tika konstatēts, ka ražošanas šķērsgriezums lielākajiem kvarku un antikvarku pāriem ir 8,8 pikobarni (pb), ar nenoteiktību 1,3 pb, sasniedzot “piecu sigmu” ticamības līmeni. ATLAS sadarbība atklāja, ka tie paši efekti tika apstiprināti kopējos LHC Run-2 datos, mērot ražošanas šķērsgriezumu līdz 9, 0 ± 1, 3 pb un izslēdzot nozīmīgus modeļus, kas ignorē kvazi-saistīta stāvokļa veidošanos.

Alternatīvs skaidrojošs modelis varētu ietvert jaunas daļiņas esamību, kuras masa ir gandrīz divas reizes lielāka par augšējā kvarka masu. Tomēr, lai pārliecinoši interpretētu parādības, ir nepieciešama precīza kvarku un gluonu uzvedības modelēšana augstas enerģijas sadursmēs.

Toponija atklāšana ne tikai paplašinātu izpratni par Quarkonia, bet arī novirzītu pētniecības ainavu uz jauniem veidiem, kā izpētīt spēcīgu mijiedarbību. Šie smago kvarku un antikvarku pāru veidojumi jau atspoguļo iepriekšējos šarmona un dibena atklājumus 1970. gados, un ir paredzams, ka notiekošā LHC trešā fāze sniegs papildu datus, lai turpinātu izpētīt populārākās kvarku un antikvarku mijiedarbības.