Revolučný objav: Výskumníci našli toponium na LHC!

Revolučný objav: Výskumníci našli toponium na LHC!

Výskumníci z Univerzita v Hamburgu a DESY urobili prelomový pokrok v časticovej fyzike tým, že našli dôkazy o časticovom topóniu. Toponium vzniká z viazaného stavu medzi top kvarkom a jeho antičasticou, anti-top kvarkom. Tento objav by mohol poskytnúť zásadný nový pohľad na základnú štruktúru všetkej hmoty.

Posun umožnili signály získané v dvoch experimentoch Veľký hadrónový urýchľovač (LHC) v CERN-e. Top kvark, najťažšia známa elementárna častica, sa rozpadá za menej ako kvadrilióntinu sekundy, čo podčiarkuje to, čo sa považovalo za mimoriadne náročný predpoklad na pozorovanie viazaných stavov. Doteraz panoval názor, že takýto stav sa antičasticou zistiť nedá, no nové údaje týmto názorom otriasajú.

Objav v experimentoch

Objav topónia sa uskutočnil nezávisle v experimentoch CMS a ATLAS na LHC. Podľa výskumníkov bolo namerané väčšie množstvo top kvarkov s nízkou kinetickou energiou, čo umožňuje vznik topónia. Prvé náznaky topónia boli už v experimente CMS v roku 2016, ktorý bol posilnený ďalšími údajmi z rokov 2017 a 2018. ATLAS dokázal spojenie potvrdiť pomocou vlastných údajov, čo ešte viac podčiarkuje relevantnosť výsledkov.

Laurids Jeppe, doktorand na univerzite v Hamburgu, zdôrazňuje, že presnosť dosiahnutá pri meraní vzácnych procesov je pozoruhodná. Dosiahnuté výsledky boli realizované na konferencii o fyzike vysokých energií Európskej fyzikálnej spoločnosti.

Okrem toho analýzy experimentu CMS odhaľujú neočakávanú vlastnosť v správaní top kvarkov. Toto pozorovanie naznačuje, že top kvarky krátko tvoria „kvázi viazaný stav“ so svojimi antičasticami nazývanými toponium. Tento objav je nielen prekvapivý, ale mohol by tiež predznamenať nové častice, ktoré testujú limity súčasného Štandardného modelu časticovej fyziky.

Merania a ich význam

Experiment CMS zistil, že produkčný prierez pre nadbytok párov top kvark-antikvark je 8,8 pikobarnov (pb), s neistotou 1,3 pb, čím sa dosiahla úroveň spoľahlivosti „päť sigma“. Spolupráca ATLAS zistila, že rovnaké účinky boli potvrdené v celkových údajoch LHC Run-2, pričom sa zmeral produkčný prierez na 9,0 ± 1,3 pb a vylúčili sa významné modely, ktoré ignorujú tvorbu kvázi viazaného stavu.

Alternatívny vysvetľujúci model by mohol zahŕňať existenciu novej častice s hmotnosťou blízkou dvojnásobku hmotnosti top kvarku. Na presvedčivú interpretáciu javov je však potrebné presné modelovanie správania kvarkov a gluónov pri zrážkach s vysokou energiou.

Objav Toponia by nielen rozšíril porozumenie Quarkonia, ale tiež by nasmeroval oblasť výskumu na nové spôsoby štúdia silnej interakcie. Tieto formácie párov ťažkých kvark-antikvark už predstavujú predchádzajúce objavy charmonianu a bottomonianu v 70. rokoch 20. storočia a očakáva sa, že prebiehajúca tretia fáza LHC poskytne ďalšie údaje na ďalšie skúmanie interakcií top kvark-antikvark.