Физиците подредиха пъзела „топ кварк”

Разпад на топ кварк, s-канал и t-канал за производство на топ кварк

Учените работещи с детекторите CDF и DZero във Фермилаб (Fermi National Accelerator Laboratory) на САЩ обявиха, че са намерили отдавна прогнозиран начин за създаване на топ кварк (t- кварк), с което успешно е приключил изследователски процес продължил близо 20 години. Учените са наблюдавали един от най-редките методи на производство на елементарната частица - създаване на единичен t- кварк чрез слабото ядрено взаимодействие по метода наречен "s-канал"

Диаграма показва процеса за създаване на единичен t- кварк чрез s-канал. При анихилация на протон и антипротон в ускорителя Теватрон се осъществява взаимодействие на кварк с антикварк образувайки W бозон с много по-голяма маса. Този W бозон има кратко време на живот и се разпада на t- кварк и анти b-кварк, което може да се види в детекторите CDF и DZero. За този анализ учените от CDF и DZero пресяват данните за над 500 000 милиарда "протон - антипротон" сблъсъци, произведени от Теватрон за периода 2001-2011 година. От тази огромна база днни те определиха около 40 сблъсъци на частици, които се подчиняват на метода "s-канал".

 

Топ кварките са най-тежките и сред най - загадъчните елементарните частици. Те тежат дори повече, отколкото бозона на Хигс - толкова, колкото един атом злато – и има само две машини, които могат да ги произвеждат - Теватрон на Fermilab и Големия адронен колайдер (Large Hadron Collider) на Европейския център за ядрени изследвания (CERN). Има няколко начина да бъдат произведени, както е предвидено от теоретичната рамка, наречена Стандартен модел.

Най-често се среща първия открит начин – сблъсък на частица (протон) и античастица (антипротон), в който силното ядрено взаимодействие създава двойка, състояща се от топ кварк и неговия анти - топ кварк. Сблъсъци, които произвеждат един - единствен топ кварк чрез слабото ядрено взаимодействие са по-редки. За физиците от Теватрон неговото откриване по този начин беше най-голямото научно предизвикателство.


Този метод на производство на единични топ кварки е сред най-редките взаимодействия разрешени от законите на физиката. Откриването на процес "s-канал" представляваше една от основните цели на Теватрон, който в продължение на 25 години беше най-мощният ускорител на частици в света.

Направеното откритие е важно защото осигурява ценно допълнение към картината на Стандартния модел, като демонстрира един от най-редките начини за създаване на фундаментални частици. 

Източник: Fermilab