ЦЕРН совершил прорыв: эксперимент ATLAS впервые зафиксировал рождение топ-кварков в столкновениях свинца

Учёные на детекторе ATLAS в ЦЕРНе впервые зарегистрировали рождение топ-кварков — самых тяжёлых элементарных частиц — в столкновениях ядер свинца при энергии 5,02 ТэВ на пару нуклонов. Это открытие, сравнимое по значимости с обнаружением нового инструмента для изучения ранней Вселенной, позволяет исследовать кварк-глюонную плазму — состояние материи, существовавшее первые микросекунды после Большого взрыва.

Эксперимент напоминает поиск редких событий в гигантском «цифровом архиве»: детектор ATLAS, оснащённый трековыми сенсорами, калориметрами и мюонными спектрометрами, анализировал продукты столкновений, происходящих 100 миллионов раз в секунду. Уловив сигналы, где один топ-кварк распадался на электрон (или мюон), нейтрино и b-кварк, а второй — на три потока частиц с «меткой» b-кварка, учёные отделили эти события от фона с точностью промышленного металлодетектора. Ключевым стал метод идентификации b-кварков, которые оставляют в детекторе следы, подобные уникальным «штрихкодам».

Результаты подтвердили теоретические расчёты, учитывающие распределение частиц внутри ядер. Это позволяет использовать топ-кварки как эталонные «гири» для калибровки детектора в условиях экстремальных столкновений. Как поясняют исследователи, без такой настройки измерения напоминали бы попытки взвесить песчинку на весах для грузовиков.

Открытие даёт доступ к двум новым измерениям физики плазмы. Во-первых, тяжёлые кварки, двигаясь сквозь кварк-глюонную среду, теряют энергию иначе, чем лёгкие частицы, — это позволит точнее измерить её плотность и температуру. Во-вторых, разработанный метод анализа станет основой для изучения случаев, когда оба топ-кварка распадаются на потоки частиц — процессов, ранее недоступных для наблюдения.

Уже в ближайшие годы эти данные помогут реконструировать условия, при которых кварки «выходят из заточения» ядерной материи, и понять, как экстремальная среда влияет на фундаментальные взаимодействия. «Мы получили новый язык для описания ранней Вселенной, — отмечают авторы. — Каждое последующее измерение будет добавлять слова в этот словарь, приближая нас к полному пониманию законов квантового мира».

 Источник: Physical Review Letters, Изображение