Впервые обнаружено образование топ-кварков при столкновении атомов свинца
Коллаборация ATLAS на Большом адронном коллайдере (БАК), ускорителе частиц в ЦЕРНе, сделала важное заявление: физики впервые наблюдали топ-кварки при столкновении ионов свинца. Это наблюдение — еще один шаг вперед в понимании условий, существующих всего лишь через долю секунды после начала Вселенной.
В тот момент весь космос находился в состоянии, называемом кварк-глюонной плазмой. Кварки — это фундаментальные частицы, из которых (помимо прочего) состоят протоны и нейтроны в ядре атомов. Глюоны — это посредники сильного ядерного взаимодействия, одного из четырех фундаментальных сил во Вселенной — глюоны заставляют кварки держаться вместе.
Существует шесть типов кварков. Верхние и нижние кварки встречаются в протонах и нейтронах. Остальные четыре (очарованный, странный, прелестный и истинный) можно увидеть только после очень энергичных событий, поскольку они нестабильны.
Истинный — t-кварк (или топ-кварк) — самый тяжелый из всех — имеет такую же массу, как молекула кофеина или атом вольфрама. Он наименее стабилен, распадаясь всего за 5×10−25 секунды. Этот интервал относится к одной секунде, как одна секунда к возрасту Вселенной увеличенному в 100 миллионов раз. Назвать это чрезвычайно коротким периодом — это почти преуменьшение.
Этот очень короткий период имеет решающее значение для рассматриваемого эксперимента. Кварк-глюонная плазма выживает в течение примерно 10 −23 секунд, что по крайней мере в 10 раз больше времени, необходимого для образования и последующего распада топ-кварка. Это означает, что ученые могут использовать топ-кварки, образованные в разное время существования кварк-глюонной плазмы, для исследования эволюции самой плазмы. Топ-кварк становится своеобразным маркером времени.
Кроме того, ученые полагают, что они также могут использовать топ-кварк, чтобы понять, как распределяется импульс внутри движущихся протонов и нейтронов: распределяется ли он поровну между кварками и глюонами, составляющими атомные ядра?
Топ-кварки распадаются на W-бозоны и прелестные кварки (b-кварк или бо́ттом-кварк). W-бозон является посредником слабого ядерного взаимодействия и распадается на электрон или мюон и соответствующее ему нейтрино. Существует также возможность распада W-бозона на кварки, но этот путь не был исследован в этом обнаружении. Это станет частью будущих наблюдений, когда исследователи начнут количественно оценивать эволюцию кварк-глюонной плазмы.