На Большом адронном коллайдере увидели следы топ-кварка в столкновениях ядер

CMS / CERN
Эксперимент CMS увидел следы рождения топ-кварков в столкновениях ультрарелятивистских ядер свинца на Большом адронном коллайдере со статистической точностью в 4 σ. Ранее рождение этой самой тяжелой элементарной частицы наблюдали только в протон-протонных и протон-ядерных столкновениях. Ожидается, что рождающиеся в столкновениях ядро-ядро топ-кварки помогут физикам пронаблюдать эволюцию кварк-глюонной плазмы с течением времени и лучше изучить ее свойства. О полученных результатах сообщается в препринте статьи, а недавно она была принята к публикации в журнале Physical Review Letters.
Топ-кварк — кварк третьего поколения, самый тяжелый из шести кварков, а также в принципе самая тяжелая из известных элементарных частиц. Впервые он был обнаружен 25 лет назад на Тэватроне в Фермилабе в столкновениях пар протон-антипротон, где в дальнейшем и были изучены ее основные свойства. Согласно предсказаниям Стандартной модели время жизни топ-кварка составляет всего 5 × 10-25 секунды, что на порядок меньше характерного времени сильного взаимодействия. Благодаря этой особенности он не адронизируется (в отличие от всех остальных кварков), что делает его идеальной частицей для изучения материи, в которой он образуется.
Уже существует ряд методов изучения кварк-глюонной плазмы, мельчайшие «капли» которой рождаются в столкновениях ультрарелятивистских ядер на коллайдерах. К примеру, за ней наблюдают по уменьшению энергии проходящих сквозь нее джетов — струй частиц, рождающихся в ходе адронизации кварков и глюонов. Также за кварк-глюонной плазмой можно наблюдать по подавлению рождения кваркониев, но оба этих метода дают лишь ее усредненные по большому промежутку времени характеристики, ведь время происходящих в них процессов сопоставимо со временем жизни кварк-глюонной плазмы. А время жизни топ-кварка крайне мало, поэтому по взаимодействию продуктов его распада с кварк-глюонной плазмой в различные моменты ее существования можно составить более полную картину ее эволюции с течением времени. О возможностях такого метода ранее сообщалось в теоретическом исследовании одного из ученых в ЦЕРН.
Хоть обычно для получения кварк-глюонной плазмы используют тяжелые ядра, она также может рождаться и в протон-протонных столкновениях: на это указал избыток частиц со странным кварком в эксперименте ALICE. О других последних результатах работы Большого адронного коллайдера мы сообщаем в теме «Второй сезон Коллайдера».
Никита Козырев