W Wielkim Zderzaczu Hadronów dokonano odkrycia, które łączy dwie najcięższe znane nam cząstki – bozon Higgsa i kwark t. Eksperymenty CMS i ATLAS zaobserwowały jednoczesną produkcję obu cząstek w trakcie rzadkiego procesu subatomowego. Naukowcy po raz pierwszy zmierzyli bezpośrednią interakcję bozonów Higgsa z kwarkami t.

Boaz Klima z ośrodka badań Fermilab powiedział, że najnowsza obserwacja po raz pierwszy łączy bezpośrednio dwie najcięższe cząstki elementarne Modelu Standardowego – kwark t, który został odkryty w 1995 roku w akceleratorze Tevatron przez eksperymenty CDF i DZero, oraz bozon Higgsa, którego istnienie przewidziano w latach 60. poprzedniego wieku i potwierdzono w 2012 roku dzięki eksperymentom CMS i ATLAS w Wielkim Zderzaczu Hadronów.

Podstawowe cząstki zyskują masę w wyniku interakcji z polem Higgsa, dlatego naukowcy podejrzewali, że kwark t posiada silny związek z bozonem Higgsa. Oczywiście najpierw należało przetestować każdy aspekt tej teorii, aby ją w pełni potwierdzić.

Jeszcze zanim odkryto tzw. boską cząstkę, naukowcy mieli pewien obraz tego, jak zachowuje się bozon Higgsa. Teraz, gdy fizycy z LHC mogą go swobodnie produkować i analizować, kolejnym krokiem było zbadanie i potwierdzenie tych przypuszczeń. Fizycy zastanawiali się, czy bozon Higgsa może wchodzić w interakcje z kwarkami, a jeśli tak, to jak te związki między cząstkami mogą wyglądać.

Choć podejrzewano, że bozon Higgsa oddziałuje z masywnym kwarkiem t bardziej niż z jakąkolwiek inną cząstką, wszystkie dowody nie były dotychczas wystarczające, aby można było ogłosić odkrycie. Najnowsze wyniki badań z eksperymentów CMS i ATLAS ewidentnie pokazują, że boska cząstka „komunikuje się” z kwarkiem t tak jak przewidywano.

Kwark t odgrywał kluczową rolę w badaniach nad bozonem Higgsa jeszcze zanim go odkryto. Fizycy posługiwali się pomiarami kwarka t, aby zawęzić masę boskiej cząstki. Kwark t pomaga również zrozumieć siłę pola Higgsa przy różnych energiach. Rachel Hyneman, absolwentka Uniwersytetu Michigan, która analizowała dane pozyskane z eksperymentu ATLAS powiedziała, że wiele przypuszczeń na temat bozonu Higgsa wynika właśnie od jego powiązań z kwarkiem t - „podejrzewamy, że około 90% bozonów Higgsa jest produkowanych przez wirtualne kwarki t”.

Kolizje proton-proton w Wielkim Zderzaczu Hadronów wytwarzają długie reakcje łańcuchowe, które często obejmują wiele kroków i czynników. Najnowsze badania skupiały się na rzadkich procesach, w których dwa gluony wewnątrz zderzających się protonów łączą się i produkują dwa wirtualne kwarki t, które są kwantowymi fluktuacjami mechanicznymi i nie są jeszcze w pełni uformowanymi oddzielnymi cząstkami. Gdy dochodzi do rekombinacji tych cząstek, zwykle powstaje z nich jeden bozon Higgsa, ale zdarzają się wyjątki – w 1% przypadków, pojedynczemu bozonowi Higgsa towarzyszą dwa kwarki t.

Ponieważ bozony Higgsa i kwarki t są cząstkami krótkotrwałymi, niemal natychmiast przekształcają się w bardziej stabilne cząstki potomne, a większość z nich również ulega rozkładowi. Ta szybka przemiana sprawia, że odtworzenie całej linii wykrytych cząstek potomnych wraz z ich wspólnym przodkiem jest bardzo trudne.

Fizycy przyglądali się różnym modelom rozpadu bozonów Higgsa. Jest to tak rzadki proces, że należało połączyć wyniki z różnych sygnatur Higgsa w jedną całość, aby dokonać obserwacji. Kolejnym krokiem będzie wykonanie precyzyjnego pomiaru i sprawdzenie, czy uzyskane wyniki będą zgodne z przewidywaniami.

Wiadomość pochodzi z portalu tylkonauka.pl