Открытие пары топ-кварков дает важную подсказку о процессе рождения Вселенной
Пара топ-кварков была обнаружена в обломках, образовавшихся в результате столкновения двух атомов свинца. Это первый случай, когда эта конкретная пара «кварк-антикварк» была обнаружена при столкновении двух ядер. Обнаружение усиливает доказательства того, что все шесть ароматов (так называют их разновидности) кварков уже существовали на заре времен, в густой кварк-глюонной плазме, которая, как полагают, заполнила Вселенную в первые моменты после Большого взрыва. Исследование принято к опубликации в журнале Physical Review Letters, о нем рассказывает ScienceAlert.
Это означает, что человечество стало на шаг ближе к новому пониманию этого «первичного бульона» из частиц и получению новых знаний о том, как формировалась Вселенная.
Кварк-глюонная плазма — это то, что получается, когда кварки и глюоны (разновидности самых мелких, фундаментальных частиц), которые обычно связаны внутри протонов и нейтронов, высвобождаются из своих оков и смешиваются в рыхлом, взаимодействующем «супе» в чрезвычайно горячих и энергетичных условиях.
Проблема изучения этого состояния материи заключается в том, что кварки исчезают очень-очень быстро. Кварк-глюонная плазма, возникшая после Большого взрыва, существовала всего несколько миллионных долей секунды, прежде чем частицы объединились и начали формировать обычную материю (процесс, называемый адронизацией).
Для изучения кварк-глюонной плазмы физики используют коллайдеры, такие как Большой адронный, чтобы сталкивать тяжелые частицы. Эти столкновения производят более мелкие частицы, которые проходят через состояние кварк-глюонной плазмы.
Топ-кварки — самый тяжелый из шести ароматов кварков и особенно ценный инструмент для изучения эволюции кварк-глюонной плазмы. Однако, поскольку они самые тяжелые, их продолжительность жизни самая короткая, всего 10 в степени -25 секунды. Кварк-глюонная плазма, образующаяся при столкновениях тяжелых ионов, существует 10 в степени -23 секунды; таким образом, топ-кварки исчезают раньше, чем вся плазма, что делает их изучение особенно трудным.
Часто частицы, которые ищут физики, не обнаруживаются напрямую, а отслеживаются по продуктам, на которые они распадаются, так происходило и в новом исследовании. В Большом адронном коллайдере группа физиков из коллаборации ATLAS обнаружила образование пары топ-кварков в продуктах их распада через дилептонный канал распада.
В этом процессе топ-кварки распадаются на прелестный кварк и W-бозон. Затем W-бозон распадается на нейтрино и либо электрон, либо мюон. Сотрудничество выявило этот процесс в столкновениях атомов свинца со статистической значимостью 5,03 сигма, что преодолевает порог в пять сигм для доказанного обнаружения.
Это первый случай, когда образование пары топ-кварков было обнаружено при столкновении тяжелых ядер. Уже описывалось образование пары топ-кварков при столкновении иона свинца и протона, новый результат делает шаг вперед, предлагая путь для будущих исследований кварк-глюонной плазмы.
«Наблюдение этого процесса подтверждает доказательства присутствия всех ароматов кварков в предравновесной стадии кварк-глюонной плазмы, аналогичной условиям в ранней Вселенной», — пишут исследователи в своей статье.
