Вчені побачили доказ наявності вищих кварків при зіткненнях між важкими ядрами

Результат нещодавніх досліджень колоборації CMS відкриває шлях до нового та унікального вивчення екстремального стану речовини, який, як вважають, існував незабаром після Великого вибуху.

В ході співпраці були виявлені докази наявності вищих кварків у зіткненнях важких ядер на Великому адронному колайдері (ВАК), розповідають в ЦЕРН (Європейська організація з ядерних досліджень).

Не перший раз, коли ця особлива частинка – найважча з відомих елементарних – з’являється на коллайдерах частинок. Вперше вищий кварк спостерігався при зіткненні протон-антипротон на Теватронному колайдері 25 років тому, і з тих пір був помічений і вивчений при зіткненнях протон-протон і протон-ядро на ВАК. Але нове відкриття, описане у статті, яка вже прийнята до публікації в журналі "Physical Review Letters", безсумнівно, збудить як експериментаторів, так і теоретиків, оскільки аналіз вищих кварків при зіткненнях важких ядер пропонує новий і унікальний спосіб дослідження кварк-глюонної плазми, яка утворюється в цих зіткненнях і вважається, що існувала у перші моменти існування Всесвіту. Крім того, такий аналіз може пролити нове світло на розташування кварків і глюонів усередині важких ядер.

Не існує саме нестачі частинок або зондів, за допомогою яких досліджується кварк-глюонна плазма. В експериментах ВАК вже давно використовують декілька типів частинок для вивчення властивостей цього екстремального стану речовини, при якому кварки та глюони не обмежуються композитними частинками, а натомість кочують, як частинки в рідині з невеликим опором тертю. Але всі існуючі зонди надають усереднену за часом інформацію про плазму. На противагу цьому, вищий кварк, завдяки особливому способу, яким він перетворюється або розпадається на інші частинки, може надавати миттєві знімки плазми в різні періоди її життя.

Новини за подібною темою:

		Вперше отримано свідчення рідкісного розпаду бозона Хіггса
		Зроблено ще один теоретичний крок до розкриття таємниці темної матерії та чорних дір
		У пошуках темної матерії вчені виявили дещо цікаве

"Вищі кварки, що рухаються швидше, надають пізніші знімки. Шляхом складання знімків, зроблених вищими кварками з різною швидкістю, ми сподіваємось, що врешті можна буде створити фільм про еволюцію кварк-глюонної плазми", - пояснює дослідник із ЦЕРН Гілерме Мілхано, співавтор теоретичного дослідження зондування кварк-глюонної плазми з вищими кварками. "Новий результат CMS являє собою найперший крок на цьому шляху".

Колоборація CMS побачила докази наявності вищих кварків у великій вибірці даних із зіткнень свинець-свинець при енергії 5,02 ТеВ. Команда шукала зіткнення, у яких вироблялися вищий кварк та вищий антикварк. Ці кварки дуже швидко розпадаються на W-бозон і нижчий кварк, який, у свою чергу, також дуже швидко розпадається на інші частинки. Фізики CMS шукали конкретний випадок, коли кінцевими продуктами розпаду є заряджені лептони (електрони або їх важчі кузини, мюони) і "струмені" множинних частинок, що походять із нижчих кварків.

Після відокремлення та підрахунку цих подій із "вищими-антивищими" зіткненнями, CMS оцінили ймовірність зіткнень свинець-свинець з продукуванням пар вищий-антивищий через заряджені лептони та нижчі кварки. Результат має статистичну значимість близько чотирьох стандартних відхилень, тому він ще не перевищує поріг п'яти стандартних відхилень, необхідних, щоб заявити про спостереження за продукуванням вищих кварків. Але це є суттєвим доказом процесу – існує лише 0,003% ймовірності того, що результат є статистичним випадком. Більше того, результат узгоджується з теоретичними прогнозами, а також з екстраполяціями попередніх вимірювань ймовірності зіткнень протонів з протонами при тій же енергії зіткнення.

"Наш результат демонструє здатність експерименту CMS проводити дослідження з вищими кварками у складному середовищі зіткнень важких ядер", - говорить фізик з CMS Георгіос Крінтірас, аспірант Канзаського університету, "і це перший крок у використанні вищого кварка у якості нового потужного зонду кварк-глюонної плазми".

• фізика елементарних частинок