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.