ЦЕРН достиг нового рубежа: эксперимент ATLAS впервые зарегистрировал образование топ-кварков при столкновениях свинца

Впервые на детекторе ATLAS в ЦЕРНе учёные зафиксировали появление топ-кварков — наиболее массивных из элементарных частиц — в результате столкновения ядер свинца с энергией 5,02 ТэВ на пару нуклонов. Это открытие можно приравнять к появлению новейшего инструмента для изучения зарождения Вселенной, так как оно позволяет углублённо исследовать кварк-глюонную плазму — особое состояние материи, предшествовавшее напрямую Большому взрыву.

Процесс исследования можно сравнить с поиском редчайших явлений в обширном «цифровом архиве»: детектор ATLAS, оснащённый сложной системой трековых сенсоров, калориметров и мюонных спектрометров, анализировал результаты сотен миллионов столкновений в секунду. В тех случаях, где один из топ-кварков трансформировался в электрон (или мюон), нейтрино и b-кварк, а второй — в три потока частицы, содержащие b-кварк, учёные сумели отделить эти явления от фонов с точностью, равной промышленному металлодетектору. Ключевой элемент исследования — метод выделения b-кварков, создающих в детекторе уникальные «штриховые» отпечатки.

Полученные результаты подтвердили теоретические модели, учитывающие распределение частиц в ядерных структурах, тем самым позволяя использовать топ-кварки в роли эталонных мер для настройки детектора в условиях экстремальных столкновений. Без такой точности настройки, по словам учёных, измерения теряли бы значимость, в некотором роде напоминая попытки определить вес песчинки с помощью грузовиковых весов.

Это открытие открывает доступ к двум новым направлениям в области изучения физики плазмы. Во-первых, важные кварки, проходя сквозь кварк-глюонную среду, теряют энергию не так, как лёгкие частицы — это позволит более точно определить её плотность и температурные характеристики. Во-вторых, созданная методология анализа станет основой для изучения ситуаций, когда оба топ-кварка распадаются на потоки частиц — такие процессы раньше не удавалось наблюдать.

В предстоящие годы приобретённые данные помогут воспроизвести условия, при которых кварки «освобождаются» из ядерной материи, и разобраться, как экстремальная среда влияет на основные силы взаимодействий. «Мы открыли новый язык для описания ранней Вселенной, — делятся учёные. — Каждый следующий замер добавляет свои слова в этот язык, приближая нас к полному осознанию законов мира частиц».

Источник: iXBT