Revolusjonerende oppdagelse: Forskere finner toponium ved LHC!

Revolusjonerende oppdagelse: Forskere finner toponium ved LHC!

Forskere av Universitetet i Hamburg og DESY har gjort banebrytende fremskritt innen partikkelfysikk ved å finne bevis på partikkelen toponium. Toponium oppstår fra en bundet tilstand mellom en toppkvark og dens antipartikkel, anti-toppkvarken. Denne oppdagelsen kan gi avgjørende ny innsikt i den grunnleggende strukturen til all materie.

Fremskrittet ble muliggjort av signaler oppnådd i to eksperimenter Stor Hadron Collider (LHC) av CERN ble identifisert. Toppkvarken, den tyngste kjente elementærpartikkelen, forfaller på mindre enn en kvadrilliondels sekund, og understreker det som ble ansett som en ekstremt utfordrende antakelse for å observere bundne tilstander. Inntil nå var oppfatningen at en slik tilstand ikke kunne oppdages med antipartikkelen, men nye data ryster dette synet.

Oppdagelse i eksperimenter

Oppdagelsen av toponium ble gjort uavhengig i CMS- og ATLAS-eksperimentene ved LHC. Ifølge forskerne ble det målt en større mengde toppkvarker med lav kinetisk energi, noe som muliggjør dannelsen av toponium. De første indikasjonene på toponium var allerede i CMS-eksperimentet i 2016, som ble forsterket med tilleggsdata fra 2017 og 2018. ATLAS kunne bekrefte sammenhengen ved hjelp av egne data, noe som ytterligere understreker relevansen av resultatene.

Laurids Jeppe, doktorgradsstudent ved Universitetet i Hamburg, understreker at presisjonen som oppnås ved måling av sjeldne prosesser er bemerkelsesverdig. Resultatene som ble oppnådd ble utført på High Energy Physics Conference til European Physical Society.

I tillegg avslører analysene av CMS-eksperimentet en uventet egenskap i oppførselen til toppkvarker. Denne observasjonen antyder at toppkvarker kort danner en "kvasibundet tilstand" med antipartiklene deres, kalt toponium. Denne oppdagelsen er ikke bare overraskende, men kan også varsle nye partikler som tester grensene for den nåværende standardmodellen for partikkelfysikk.

Målinger og deres betydning

CMS-eksperimentet fant at produksjonstverrsnittet for overskuddet av topp-kvark-antikvark-par var 8,8 picobarns (pb), med en usikkerhet på 1,3 pb, og oppnådde et "fem sigma"-sikkerhetsnivå. ATLAS-samarbeidet fant at de samme effektene ble bekreftet i de samlede LHC Run-2-dataene, og målte produksjonstverrsnittet til 9,0±1,3 pb og ekskluderte signifikante modeller som ignorerer dannelsen av en kvasi-bundet tilstand.

En alternativ forklaringsmodell kan innebære eksistensen av en ny partikkel med en masse nær to ganger massen til toppkvarken. Men for å kunne tolke fenomenene konkludert, kreves det presis modellering av oppførselen til kvarker og gluoner i høyenergikollisjoner.

Oppdagelsen av Toponium ville ikke bare utvide forståelsen av Quarkonia, men også lede forskningslandskapet til nye måter å studere det sterke samspillet på. Disse formasjonene av tunge kvark-antikvark-paringer representerer allerede de tidligere funnene av charmonian og bottomonian på 1970-tallet, og den pågående tredje fasen av LHC forventes å gi ytterligere data for ytterligere å utforske topp-kvark-antikvark-interaksjoner.