Rewolucyjne odkrycie: naukowcy odkryli toponium w LHC!

Rewolucyjne odkrycie: naukowcy odkryli toponium w LHC!

Badacze Uniwersytet w Hamburgu i DESY poczynili przełomowe postępy w fizyce cząstek elementarnych, znajdując dowody na istnienie toponium cząsteczkowego. Toponium powstaje ze stanu związanego pomiędzy kwarkiem górnym i jego antycząstką, antykwarkiem górnym. Odkrycie to może dostarczyć nowych, kluczowych informacji na temat podstawowej struktury wszelkiej materii.

Postęp był możliwy dzięki sygnałom uzyskanym w dwóch eksperymentach Wielki Zderzacz Hadronów (LHC) CERN. Kwark górny, najcięższa znana cząstka elementarna, rozpada się w czasie krótszym niż jedna biliardowa sekundy, co podkreśla założenie, które uznano za niezwykle trudne w przypadku obserwacji stanów związanych. Do tej pory panowała opinia, że ​​takiego stanu nie da się wykryć za pomocą antycząstki, jednak nowe dane podważają ten pogląd.

Odkrycie w eksperymentach

Odkrycia toponium dokonano niezależnie w eksperymentach CMS i ATLAS w LHC. Zdaniem naukowców zmierzono większą liczbę kwarków górnych o niskiej energii kinetycznej, co umożliwia powstanie toponium. Pierwsze oznaki obecności toponium pojawiły się już w eksperymencie CMS w 2016 r., co zostało wzmocnione dodatkowymi danymi z lat 2017 i 2018. ATLAS był w stanie potwierdzić to powiązanie na podstawie własnych danych, co dodatkowo podkreśla istotność wyników.

Laurids Jeppe, doktorant na Uniwersytecie w Hamburgu, podkreśla, że ​​precyzja osiągnięta przy pomiarze rzadkich procesów jest niezwykła. Uzyskane wyniki przeprowadzono na Konferencji Fizyki Wysokich Energii Europejskiego Towarzystwa Fizycznego.

Ponadto analizy eksperymentu CMS ujawniają nieoczekiwaną właściwość w zachowaniu kwarków górnych. Obserwacja ta sugeruje, że kwarki górne na krótko tworzą „stan quasi-związany” ze swoimi antycząstkami, zwany toponium. Odkrycie to jest nie tylko zaskakujące, ale może również zapowiadać nowe cząstki, które testują ograniczenia obecnego Modelu Standardowego fizyki cząstek elementarnych.

Pomiary i ich znaczenie

Eksperyment CMS wykazał, że przekrój produkcyjny nadmiaru par górnych kwark-antykwark wynosi 8,8 pikobarnów (pb), przy niepewności 1,3 pb, co daje poziom ufności „pięć sigma”. Współpraca ATLAS wykazała, że ​​te same efekty potwierdzono w ogólnych danych z LHC Run-2, mierząc przekrój produkcyjny do 9,0 ± 1,3 pb i wykluczając istotne modele, które ignorują tworzenie stanu quasi-związanego.

Alternatywny model wyjaśniający mógłby obejmować istnienie nowej cząstki o masie bliskiej dwukrotności masy kwarka górnego. Aby jednak jednoznacznie zinterpretować te zjawiska, wymagane jest precyzyjne modelowanie zachowania kwarków i gluonów w zderzeniach wysokoenergetycznych.

Odkrycie Toponium nie tylko poszerzyłoby wiedzę na temat kwarkonii, ale także skierowałoby krajobraz badawczy na nowe sposoby badania silnych interakcji. Te formacje ciężkich par kwark-antykwark reprezentują już poprzednie odkrycia harmonii i dentonu z lat 70. XX wieku, a oczekuje się, że trwająca trzecia faza LHC dostarczy dodatkowych danych do dalszego badania interakcji górnego kwarku z antykwarkiem.