«Самая маленькая из известных частиц»: физики CERN уловили сигнал топония в Большом адронном коллайдере

Ученые из Европейского центра ядерных исследований (CERN) заявили о вероятном обнаружении на Большом адронном коллайдере сигнала самой маленькой из элементарных частиц — топония.

Самый маленький из когда-либо обнаруженных адроновтип элементарных частиц, состоящих из барионов и мезонов. Первые представлены протонами и нейтронами, которые составляют ядро атома. Барионы и мезоны отличаются друг от друга количеством кварков в своем составе. топоний — частица, состоящая из пар истинный кварк и истинный антикварк. Кварки — фундаментальные частицы, которые образуют протоны и нейтроны, а те, в свою очередь, являются компонентами ядер атомов. Кварки также являются ключевым компонентом всей видимой материи во Вселенной.

Топоний относится к кваркониям — разновидности мезонов, состоящих из пары кварк-антикварк одного вида. Однако эта частица образуется исключительно из пары истинный кварк и истинный антикварк, которые считаются самыми тяжелыми элементарными частицами во Вселенной. По мнению физиков, топоний является последним видом кваркония среди тяжелых кварков и обнаружить его не получалось, поскольку топоний имеет очень короткий период существования. Считалось, что обнаружить его в Большом адронном коллайдере невозможно. Однако по результатам экспериментов физики склоняются к тому, что, все же, смогли уловить сигнал топония.

Целью экспериментов ученых на Большом адронном коллайдере был поиск новых частиц бозона Хиггса, обнаруженного в 2012 году. Эта элементарная частица является ключевой для понимания того, как другие элементарные частицы во Вселенной получают свою массу. Стандартная модель физики элементарных частиц лучше всего описывает как сами эти частицы, так и фундаментальное взаимодействие, однако она не учитывает такие явления, как тёмная материя, темная энергия и гравитация.

По убеждению физиков, новые частицы бозона Хиггса должны наиболее сильно взаимодействовать с истинными кварками. По результатам поиска было обнаружено больше пар истинный кварк и истинный антикварк, чем ожидалось при минимальной энергии, необходимой для их образования. Это заставило ученых прийти к выводу, что они, вероятно, могли обнаружить сигнал топония.

Ученые проанализировали данные о столкновениях протонов в коллайдере за период с 2016 по 2018 год при стандартной для таких столкновений энергии в 13 тераэлектронвольт. Для понимания природы этих столкновений ученые изучали рассеивание этих частиц в пространстве, что позволило получить информацию об их квантовом состоянии до столкновения. Кроме этого использовалась упрощенная модель топония для сравнения с результатами, полученными в ходе экспериментов.

По оценкам физиков, вероятность образования топония в результате столкновений протонов, которые проводились в коллайдере, составляет 8,8 раз на триллион. Хотя результаты подтверждают гипотезу о том, что наблюдаемая частица действительно является топонием, исследователи осторожны с выводами, поскольку это также может быть дополнительная частица бозона Хиггса.

Для подтверждения собственной гипотезы ученые планируют создать более точную модель топония и провести дополнительные эксперименты. В случае подтверждения, топоний станет самым маленьким адроном, из когда-либо обнаруженных. Эта частица также выделяется среди других кваркониев своим распадом, который происходит за счет распада кварков вместо аннигиляции материи-антиматерии.

Результаты исследования опубликованы на сервере препринтов arXiv

Источник: Interesting Engineering