Команда специалистов из эксперимента ATLAS, работающего на платформе Большого адронного коллайдера (LHC) в ЦЕРНе, сделала значимое открытие, впервые зафиксировав появление топ-кварков в столкновениях ионов свинца. Это событие стало важным шагом в области физики тяжелых ионов и предоставляет ученым новый инструмент для изучения кварк-глюонной плазмы (КГП), представляющей собой состояние материи, предположительно наполнявшее Вселенную вскоре после Большого взрыва.
Кварк-глюонная плазма характеризуется как «свободное» состояние материи, в котором кварки и глюоны, обычно связанные в элементарные частицы, образуют плотную жидкость с почти идеальным поведением. Из-за крайне короткой продолжительности существования КГП — около 10^-23 секунд — прямое наблюдение её невозможно. Поэтому физики прибегают к исследованию частиц, образующихся в ходе столкновений тяжелых ионов и проходящих через КГП, активно использующихся для анализа её характеристик.
Топ-кварк, являющийся самой массивной из известных элементарных частиц, представляет собой перспективный инструмент для изучения временной эволюции КГП. Его быстрое распадание на другие частицы делает топ-кварк своеобразным «временным маркером», предоставляя исключительную возможность для анализа временной структуры КГП.
В своём последнем исследовании физики ATLAS исследовали столкновения ионов свинца с энергией 5,02 тераэлектронвольт на пару нуклонов. Экспериментаторы зафиксировали генерацию топ-кварков в так называемом «дилептонном канале», где топ-кварки распадаются на нижний кварк и W-бозон, распадающийся далее на электрон или мюон и соответствующее нейтрино.
Полученный результат имеет статистическую значимость 5,0 стандартных отклонений, подтверждая первое наблюдение образования топ-кварковой пары при столкновениях ядро-ядро. Ранее данные о подобном процессе были представлены коллаборацией CMS в контексте столкновений свинца.
Подобное наблюдение стало возможным благодаря высокой точности в реконструкции лептонов в эксперименте ATLAS, а также внушительному объему данных по столкновениям ионов свинца, улучшенным моделям симуляции событий с топ-кварками и специфичным подходам к калибровке струй.
Исследователи измерили скорость генерации пар топ-кварков или кросс-сечение с относительной ошибкой в 35%. Основная неопределенность обусловлена ограничениями объема данных. Однако дополнительные данные из третьего этапа LHC помогут улучшить точность измерений.
Это открытие от ATLAS значительно расширяет горизонты изучения КГП, позволяя ученым делать первые шаги в понимании временной эволюции этого состояния материи. В будущем физики ATLAS намерены исследовать и «полулептонный» канал распада топ-кварковых пар в столкновениях тяжелых ионов, что может углубить знания о механизмах сильных взаимодействий и условиях в ранней Вселенной.
Источник: iXBT
