Науковці з Європейського центру ядерних досліджень (CERN) заявили про ймовірне виявлення на Великому адронному колайдері сигналу найменшої з елементарних частинок — топонію.

Найдрібніший з коли-небудь виявлених адронівтип елементарних частинок, що складаються з баріонів та мезонів. Перші представлені протонами і нейтронами, які складають ядро атома. Баріони та мезони відрізняються один від одного кількістю кварків у своєму складі. топоній — частинка, що складається з пар  істинний кварк та істинний антикварк. Кварки — фундаментальні частинки, які утворюють протони та нейтрони, що, своєю чергою є компонентами атомних ядер. Кварки також є ключовим компонентом усієї видимої матерії Всесвіту.

Топоній належить до кварконіїв — різновиду мезонів, що складаються з пари кварк-антикварк одного виду. Однак ця частинка утворюється виключно з пари істинний кварк та істинний антикварк, які вважаються найважчими елементарними частинками у Всесвіті. На думку фізиків, топоній є останнім видом кварконію серед важких кварків та виявити його не виходило, оскільки топоній має дуже короткий період існування. Вважалось, що виявити його у Великому адронному колайдері неможливо. Однак за результатами експериментів фізики схиляються до того, що, все ж таки, змогли вловити сигнал топонію.

Метою експериментів науковців на Великому адронному колайдері був пошук нових частинок бозона Гіґґса, виявленого у 2012 році. Ця елементарна частинка є ключовою для розуміння того, як інші елементарні частинки у Всесвіті отримують свою масу. Стандартна модель фізики елементарних частинок найкраще описує як самі ці частинки, так і фундаментальну взаємодію, однак вона не враховує такі явища, як темна матерія, темна енергія та гравітація.

На переконання фізиків, нові частинки бозона Гіґґса мають найбільш сильно взаємодіяти з істинними кварками. За результатами пошуку було виявлено більше пар істинний кварк та істинний антикварк, ніж очікувалось за мінімальної енергії, необхідної для їхнього утворення. Це змусило науковців дійти висновку, що вони, ймовірно, могли виявити сигнал топонію.

Вчені проаналізували дані щодо зіткнень протонів у колайдері за період з 2016 по 2018 рік за стандартної для таких зіткнень енергії у 13 тераелектронвольт. Для розуміння природи цих зіткнень науковці вивчали розсіювання цих частинок у просторі, що дозволило отримати інформацію про їхній квантовий стан до зіткнення. Окрім цього використовувалась спрощена модель топонію для порівняння із результатами, отриманими в ході експериментів.

За оцінками фізиків, ймовірність утворення топонію в результаті зіткнень протонів, які проводились у колайдері, склада 8,8 разів на трильйон. Хоча результати підтверджують гіпотезу про те, що спостережувана частинка справді є топонієм, дослідники обережні із висновками, оскільки це також може бути додаткова частинка бозона Гіґґса.

Для підтвердження власної гіпотези науковці планують створити більш точну модель топонію та провести додаткові експерименти. У разі підтвердження, топоній стане найменшим адроном, з коли-небудь виявлених. Ця частинка також виділяється з-поміж інших кварконіїв своїм розпадом, який відбувається за рахунок розпаду кварків замість анігіляції матерії-антиматерії.

CERN хоче збудувати суперколайдер на 91 км за $17,4 млрд

Результати дослідження опубліковані сервері препринтів arXiv

Джерело: Interesting Engineering