Топ-кварк был впервые обнаружен при столкновении ядер свинца на Большом адронном коллайдере (БАК). Это открытие представляет собой значительный шаг вперед в нашем понимании первых долей секунды после Большого взрыва, когда Вселенная погрузилась в смесь кварков и глюонов.
Кварк-глюонная плазма (КГП) — это состояние материи, которое образуется при экстремальных температурах и плотностях. Кварки образуют протоны и нейтроны, а глюоны связывают кварки вместе, передавая сильное ядерное взаимодействие. Кварки и глюоны обычно заключены внутри нуклонов, но для КГП характерно их временное высвобождение.
Согласно космологическим моделям, это состояние существовало во Вселенной в первые мгновения после Большого взрыва, отсюда и название «первичный бульон». Впоследствии элементарные частицы объединились в процессе, называемом адронизацией, и образовали обычную материю. Существует шесть типов (или вкусов) кварков. Верхние и нижние кварки образуют протоны и нейтроны, в то время как оставшиеся четыре кварка — очарованный, странный, нижний и верхний кварки — появляются только в чрезвычайно высокоэнергетических явлениях.
Обратите внимание: В космосе были обнаружены следы ударных волн Второй мировой войны.
Недавнее исследование также предполагает, что в протоне может присутствовать очарованный кварк, хотя эта гипотеза все еще обсуждается в научном сообществе.Топ-кварк — самый массивный из шести кварков, его масса сопоставима с массой таких малых молекул, как кофеин. Однако такая большая масса приводит также к высокой степени нестабильности: верхний кварк распадается примерно за 5×10-²⁵ секунд. Это время настолько коротко, что оно даже предшествует процессу адронизации, поэтому любая форма сдерживания невозможна.
Эта простота давно вызвала вопросы о возможности сосуществования шести вкусов творога в первичном бульоне. Однако эксперименты показывают, что время жизни КГП составляет около 10-23 секунд, что в десять раз больше времени жизни топ-кварка.
Эта задержка во времени позволяет предположить, что верхний кварк можно использовать в качестве маркера времени плазмы. Другими словами, их формирование и распад на разных этапах жизненного цикла КГП позволяют проследить его эволюцию. Именно этого и добились исследователи из коллаборации ATLAS, впервые обнаружив образование пары топ-кварков в следах, оставшихся от распада столкновений свинца со свинцом на Большом адронном коллайдере (БАК.
Обнаружение с беспрецедентной статистической точностью
На Большом адронном коллайдере (БАК) частицы, образующиеся в результате столкновений, идентифицируются по следам продуктов их распада. Верхний кварк распадается на нижний кварк и W-бозон, который становится нейтрино в сопровождении электрона или мюона.
В рамках данного исследования группа провела столкновения ядер свинца. Пара верхних кварков была обнаружена через дилептонный канал со статистической значимостью 5,03 сигма, что превышает порог в 5 сигма, необходимый для подтверждения экспериментального наблюдения.
«Наблюдение этого процесса подкрепляет доказательства присутствия разнообразных кварков в предравновесной фазе кварк-глюонной плазмы, аналогичной условиям в ранней Вселенной», — пояснили исследователи в предыдущем исследовании, опубликованном на платформе Они добавили: «Этот результат открывает путь к использованию высших кварков для изучения кварк-глюонной плазмы и физики ранней Вселенной.
Помимо понимания ранних моментов существования Вселенной, эти кварки могли бы дать новые подсказки для расшифровки распределения сил внутри движущихся протонов и нейтронов и изучения многих фундаментальных аспектов физики элементарных частиц.
Читайте все последние новости астрофизики на New-Science.ruБольше интересных статей здесь: Новости науки и техники.
Источник статьи: Топ-кварки впервые были обнаружены в столкновении ядер свинца на Большом адронном коллайдере (БАК).