Коллайдер дал сбой, или это прорыв? Учёные зафиксировали нечто странное

Сенсационные данные с Большого адронного коллайдера (БАК) вновь ставят физиков в тупик — в них может скрываться то, что до сих пор считалось почти невозможным. Речь идёт о топонии — редчайшем квантовом состоянии, которое, возможно, наконец удалось зафиксировать.

Что такое топоний и почему это важно

Топоний — гипотетическое состояние, при котором топ-кварк и его антикварк образуют пару. В Стандартной модели это состояние давно предсказано, но его существование до сих пор не было подтверждено. И это неудивительно: топ-кварк живёт столь короткое время, что, по общим представлениям, он просто не успевает образовать связанное состояние.

Данные с CMS открыли окно в неизвестное

Физики, работающие с детектором CMS, проанализировали гигантский массив информации, собранной в 2016–2018 годах. Эти данные изначально использовались для поиска новых бозонов Хиггса. Однако при повторной проверке исследователи обнаружили нечто неожиданное — резкий всплеск числа пар "топ-кварк — анти-топ-кварк" (tt̄) при минимальной энергии их образования.

Альтернатива бозонам Хиггса

Такое поведение обычно объясняют наличием дополнительных хиггсовских бозонов, которые взаимодействуют с тяжёлыми частицами. Но в этот раз всё пошло иначе. Исследователи предложили альтернативное объяснение: возможно, наблюдаемые tt̄-пары — это и есть кратковременные состояния топония, возникающие на грани возможного.

Самая компактная частица

Если топоний действительно существует, он может стать самой маленькой из всех известных кваркониев. Для сравнения: размер боттомония — 0,4 фемтометра. А вот топоний, по теоретическим оценкам, будет ещё компактнее — ведь масса топ-кварка в 184 раза больше массы протона.

Почему это всё-таки возможно

Топ-кварк распадается на боттом-кварк и W-бозон почти мгновенно — за время, за которое свет проходит всего 0,1 фемтометра. Казалось бы, этого недостаточно для образования частицы. Но новое открытие ставит под сомнение прежние оценки. Топоний может оказаться уникальным: он не аннигилирует, а распадается по другой, более сложной квантовой схеме.

Что дальше

Коллаборации CMS и ATLAS уже приступили к совместной перепроверке результатов. Исследователи теперь знают, на что обращать внимание. А топоний может стать последним недостающим звеном в ряду кваркониев: чармоний, боттомоний… и, наконец, топоний.

Уточнения

Колла́йдер (англ. collider от collide - "сталкиваться") — ускоритель частиц на встречных пучках, предназначенный для изучения продуктов их соударений. Благодаря коллайдерам учёным удаётся придать элементарным частицам вещества высокую кинетическую энергию, направить их навстречу друг другу, чтобы произвести их столкновение.

Кварк — бесструктурная элементарная частица и фундаментальная составляющая материи.