Revolucionarno odkritje: Raziskovalci našli toponij v LHC!

Revolucionarno odkritje: Raziskovalci našli toponij v LHC!

Raziskovalci na Univerza v Hamburgu in DESY sta naredila prelomen napredek v fiziki delcev z iskanjem dokazov o delcev toponija. Toponij nastane iz vezanega stanja med top kvarkom in njegovim antidelcem, anti-top kvarkom. To odkritje bi lahko zagotovilo ključne nove vpoglede v temeljno strukturo vse snovi.

Napredek so omogočili signali, pridobljeni v dveh poskusih Veliki hadronski trkalnik (LHC) CERN-a. Vrhunski kvark, najtežji znani osnovni delec, razpade v manj kot kvadrilijoninki sekunde, kar poudarja predpostavko, ki je veljala za izjemno zahtevno opazovanje vezanih stanj. Doslej je veljalo mnenje, da takšnega stanja z antidelcem ni mogoče zaznati, novi podatki pa to mnenje omajajo.

Odkritje v poskusih

Odkritje toponija je bilo narejeno neodvisno v poskusih CMS in ATLAS na LHC. Po besedah ​​raziskovalcev so izmerili večjo količino top kvarkov z nizko kinetično energijo, kar omogoča nastanek toponija. Prve indikacije toponija so bile že v eksperimentu CMS leta 2016, ki je bil podkrepljen z dodatnimi podatki iz let 2017 in 2018. ATLAS je povezavo lahko potrdil z lastnimi podatki, kar še dodatno poudarja relevantnost rezultatov.

Laurids Jeppe, doktorski študent Univerze v Hamburgu, poudarja, da je natančnost, dosežena pri merjenju redkih procesov, izjemna. Doseženi rezultati so bili izvedeni na konferenci o fiziki visokih energij Evropskega fizikalnega društva.

Poleg tega analize eksperimenta CMS razkrivajo nepričakovano lastnost v obnašanju top kvarkov. Ta ugotovitev nakazuje, da top kvarki za kratek čas tvorijo "kvazivezano stanje" s svojimi antidelci, imenovanimi toponij. To odkritje ni le presenetljivo, ampak bi lahko tudi napovedalo nove delce, ki preizkušajo meje trenutnega standardnega modela fizike delcev.

Meritve in njihov pomen

Eksperiment CMS je ugotovil, da je produkcijski presek za presežek top parov kvark-antikvark 8,8 pikobarnov (pb), z negotovostjo 1,3 pb, kar je doseglo stopnjo zaupanja "pet sigma". Sodelovanje z ATLAS je ugotovilo, da so bili enaki učinki potrjeni v celotnih podatkih LHC Run-2, pri čemer so izmerili produkcijski presek na 9,0±1,3 pb in izključili pomembne modele, ki ignorirajo nastanek kvazi vezanega stanja.

Alternativni razlagalni model bi lahko vključeval obstoj novega delca z maso, ki je blizu dvakratne mase top kvarka. Vendar pa je za dokončno razlago pojavov potrebno natančno modeliranje obnašanja kvarkov in gluonov pri visokoenergijskih trkih.

Odkritje Toponija ne bi samo razširilo razumevanja Quarkonie, ampak tudi usmerilo raziskovalno pokrajino na nove načine proučevanja močne interakcije. Te tvorbe težkih parov kvark-antikvark že predstavljajo prejšnja odkritja charmoniana in bottomoniana v sedemdesetih letih prejšnjega stoletja, tretja faza LHC pa naj bi zagotovila dodatne podatke za nadaljnje raziskovanje interakcij top kvark-antikvark.