Вчені зафіксували раніше невідомий тип матерії на Великому адронному колайдері

Фізики вперше зафіксували сигнал, який може свідчити про існування нового виду матерії — так званого «топонію», тобто недовгочасного з’єднання топкварка та антикварка. Відкриття, зроблене дослідниками з колаборації CMS на Великому адронному колайдері, потенційно може змінити уявлення про взаємодію фундаментальних частинок у межах Стандартної моделі.

Топкварк — наймасивніша з відомих елементарних частинок — занадто нестабільний, щоби утворити зв’язану структуру. Але аналіз даних за 2016–2018 роки виявив несподіване перевищення кількості пар топкварків на порозі енергії, необхідної для їх утворення. Це аномалія, яку спочатку пояснювали можливістю існування нових типів бозонів Хіггса. Проте ще одна гіпотеза — утворення топонію — стала серйозним предметом для подальших досліджень.

Теоретичні обчислення в рамках квантової хромодинаміки допускають формування таких з’єднань саме на порозі виробництва tt-бар пар. Розрахунки CMS показали, що ймовірність отриманого сигналу випадкова менш ніж на 1 до 3,5 мільйона — що перевищує поріг вірогідності, прийнятий у фізиці частинок.

Якщо це відкриття підтвердиться, то топоній стане останнім із передбачених «кварконіїв» — нестабільних пар кварк–антикварк. Раніше були відкриті чармоній (з чарм-кварків) у 1974 році та ботомоній (з ботом-кварків) у 1977. Очікується, що топоній матиме ще менші розміри — і стане найкомпактнішим відомим адроном.

Відображення події надлишку топкваркових пар. Фото: CMS collaboration/CERN

Протягом тривалого часу вважалося, що спостерігати топоній неможливо, оскільки топкварк розпадається менш ніж за 0.1 фемтометра — ще до того, як пара встигає взаємодіяти. Якщо нове з’єднання справді існує, це робить топоній унікальним: він розпадається не через анігіляцію, як інші кварконії, а через миттєвий розпад однієї з частинок.

Наразі дослідники з CMS і ATLAS продовжують аналізувати цей ефект, щоби остаточно з’ясувати його природу. Якщо гіпотеза підтвердиться, це відкриття відкриє нові горизонти у вивченні матерії на найфундаментальнішому рівні.