Descoperire revoluționară: Cercetătorii găsesc toponiu la LHC!

Descoperire revoluționară: Cercetătorii găsesc toponiu la LHC!

Cercetătorii din Universitatea din Hamburg și DESY au făcut progrese inovatoare în fizica particulelor, găsind dovezi ale particulelor de toponiu. Toponiul ia naștere dintr-o stare legată între un quarc de top și antiparticula sa, quarcul anti-top. Această descoperire ar putea oferi noi perspective cruciale asupra structurii fundamentale a întregii materie.

Avansul a fost posibil prin semnalele obținute în două experimente Ciocnitorul mare de hadroni (LHC) al CERN au fost identificate. Cuarcul de top, cea mai grea particulă elementară cunoscută, se descompune în mai puțin de o cvadrilionime dintr-o secundă, subliniind ceea ce a fost considerat o presupunere extrem de provocatoare pentru a observa stările legate. Până acum, opinia era că o astfel de stare nu poate fi detectată cu antiparticulă, dar noi date zdruncină această viziune.

Descoperire în experimente

Descoperirea toponiului a fost făcută independent în experimentele CMS și ATLAS de la LHC. Potrivit cercetătorilor, a fost măsurată o cantitate mai mare de quarci de top cu energie cinetică scăzută, ceea ce permite formarea toponiului. Primele indicii ale toponiului au fost deja în experimentul CMS în 2016, care a fost consolidat cu date suplimentare din 2017 și 2018. ATLAS a putut confirma conexiunea folosind propriile date, ceea ce subliniază și mai mult relevanța rezultatelor.

Laurids Jeppe, doctorand la Universitatea din Hamburg, subliniază că precizia obținută la măsurarea proceselor rare este remarcabilă. Rezultatele obținute au fost realizate în cadrul Conferinței de fizică a înaltelor energii a Societății Europene de Fizică.

În plus, analizele experimentului CMS relevă o proprietate neașteptată în comportamentul quarcilor de top. Această observație sugerează că quarcii de top formează pe scurt o „stare cvasi-legată” cu antiparticulele lor, numite toponiu. Această descoperire nu este doar surprinzătoare, dar ar putea prefigura și noi particule care testează limitele actualului model standard al fizicii particulelor.

Măsurătorile și semnificația lor

Experimentul CMS a constatat că secțiunea transversală de producție pentru excesul de perechi top quark-antiquark este de 8,8 picobarns (pb), cu o incertitudine de 1,3 pb, atingând un nivel de încredere „cinci sigma”. Colaborarea ATLAS a constatat că aceleași efecte au fost confirmate în datele generale LHC Run-2, măsurând secțiunea transversală a producției la 9,0±1,3 pb și excluzând modelele semnificative care ignoră formarea unei stări cvasi-legate.

Un model explicativ alternativ ar putea implica existența unei noi particule cu o masă aproape de două ori mai mare decât cea a cuarcului de top. Cu toate acestea, pentru interpretarea concludentă a fenomenelor, este necesară o modelare precisă a comportamentului quarcilor și gluonilor în ciocnirile de înaltă energie.

Descoperirea Toponium nu numai că ar extinde înțelegerea Quarkoniei, dar ar îndrepta și peisajul cercetării către noi moduri de a studia interacțiunea puternică. Aceste formațiuni de perechi quark-antiquarc grele reprezintă deja descoperirile anterioare ale charmonianului și al bottomonianului din anii 1970, iar cea de-a treia fază în curs a LHC este de așteptat să ofere date suplimentare pentru a explora în continuare interacțiunile top quark-antiquarc.