Par vrhunskih kvarkova otkriven je u detritusu koji se raspršuje iz sudara dvaju atoma olova.
Ovo je prvi put da je ovaj specifični par kvark-antikvark uočen u sudaru između dviju jezgri. Detekcija pojačava dokaze da je svih šest aroma kvarkova postojalo u zoru vremena, u kvasnoj kvark-gluonskoj plazmi za koju se smatra da je preplavila svemir u trenucima nakon Velikog praska. To znači da smo korak bliže novim mjerenjima i prikupljanju novih uvida u to kako je naš svemir nastao od samog početka, piše Science Alert.
Kvarkovi se raspadaju vrlo, vrlo brzo
Kvark-gluonska plazma je ono što dobijete kada se elementarni kvarkovi i gluoni koji su inače vezani unutar protona i neutrona oslobode svojih ograničenja i skupe zajedno u labavu, međusobno djelujuću "supu" pod ekstremnim energetskim uvjetima.
Problem s proučavanjem ovog stanja materije je taj što se kvarkovi raspadaju vrlo, vrlo brzo, u samo djeliću sekunde. Kvark-gluonska plazma koja se pojavila nakon Velikog praska postojala je samo nekoliko milioniti dijelova sekunde prije nego što su se čestice spojile i počele stvarati normalnu materiju, proces koji se naziva hadronizacija.
Za proučavanje kvark-gluonske plazme fizičari koriste sudarače čestica poput Velikog hadronskog sudarača kako bi spojili teške čestice. Ovi sudari proizvode kišu čestica koje prolaze kroz stanje kvark-gluonske plazme na svom putu do formiranja normalne materije. Znanstvenici mogu izvršiti mjerenja proizvoda ovog procesa kako bi ispitali kvark-gluonsku plazmu.
Top kvarkovi su najteži od šest aroma kvarkova i posebno su vrijedan alat za proučavanje evolucije kvark-gluonske plazme. Međutim, budući da su najteži, njihov životni vijek je najkraći, samo 10-25 sekundi. To je kraće od vremenskog okvira nastanka hadrona, što znači da se oni raspadaju prije nego što dođe do hadronizacije.
Kvark-gluonska plazma nastala u sudarima teških iona traje 10-23 sekunde; tako da gornji kvarkovi nestaju prije plazme u cjelini, što ih čini posebno teškim za proučavanje.
Često se čestice koje fizičari traže ne detektiraju direktno, već se prate unatrag od proizvoda na koje se raspadaju, a to je slučaj s novim istraživanjem. U Velikom hadronskom sudaraču, tim fizičara iz ATLAS kolaboracije otkrio je formiranje para top kvarkova u njihovim produktima raspada putem dileptonskog kanala raspada.
Ovaj rezultat utire put novim studijama
U ovom procesu, gornji kvarkovi se raspadaju na donji kvark i W bozon; W bozon se zatim raspada u neutrino i elektron ili mion. Saradnja je identificirala ovaj proces u sudarima između atoma olova sa statističkom značajnošću od 5,03 sigma – poništavajući prag od pet sigmi za značajnu detekciju.
To je prvi put da je opažena proizvodnja para top kvarkova u sudaru između teških jezgri. Prethodni rad opisuje stvaranje top kvarkovog para u sudaru između iona olova i protona; novi rezultat ide korak dalje, nudeći put naprijed za buduća proučavanja kvark-gluonske plazme.
"Promatranje ovog procesa konsolidira dokaze o prisutnosti svih aroma kvarkova u fazi pred-ravnoteže kvark-gluonske plazme, slično uvjetima u ranom svemiru", pišu istraživači u svom radu.
"Ovaj rezultat utire put daljnjim studijama kvark-gluonske plazme i fizike ranog Svemira s top kvarkovima."
Istraživanje će biti objavljeno u časopisu Physical Review Letters.