Skąd się bierze masa? Obserwacja kwarka t i fotonu pozwoli lepiej zrozumieć fenomen jej nabywania

[KopalniaWiedzy.pl 353]

Dzięki Wielkiemu Zderzaczowi Hadronów fizykom po raz pierwszy udało się zarejestrować jednoczesne pojawienie się fotonu i kwarka t (kwarka wysokiego, kwarka prawdziwego). Naukowcy mają nadzieję, że dzięki temu lepiej zrozumieją oddziaływania elektrosłabe oraz ich związek z polem Higgsa.

Zgodnie z Modelem Standardowym cząstki elementarne nabywają masy w wyniku oddziaływania z polem Higgsa, a całym tym procesem steruje mechanizm zwany złamaniem symetrii oddziaływań elektrosłabych. Zaproponowana w latach 60. ubiegłego wieku hipoteza została potwierdzona w 2012 roku, gdy odkryto bozon Higgsa. Jednak minęły lata, a naukowcy wciąż nie rozumieją mechanizmu łamania symetrii i nabywania masy przez cząstki.

Naukowcy pracujący przy eksperymencie ATLAS postanowili przyjrzeć się mechanizmowi łamania symetrii i oddziaływaniom elektrosłabym, analizując dane dotyczące kwarka górnego pojawiającego się w wyniku zderzeń protonów. Wzięli na cel kwarki t, gdyż oddziałuje tak silnie z polem Higgsa, że jest najbardziej masywną z cząstek elementarnych.

Uczeni chcieliby obserwować rozpad pojedynczych kwarków t oraz, biorąc pod uwagę odchylenia od przewidywań Modelu Standardowego, badać łamanie symetrii w oddziaływaniach elektrosłabych. Problem w tym, że pojedyncze kwarki t bardzo trudno jest zaobserwować. Znacznie łatwiej można obserwować pary kwarków t, ale te są kontrolowane przez oddziaływania silne. Dlatego też postanowili poszukać innych par – pojedynczego kwarka t z fotonem wchodzącym z nim w interakcje.

Kwark t rozpada się bardzo szybko. Produktami jego rozpadu są kwark b oraz bozon W. Kwark b łączy się z innymi kwarkami, tworząc nowe hadrony, a te następnie rozpadają się w strumień cząstek zwany dżetem b („b jet”). Jednocześnie bozon W rozpada się do elektronu lub mionu oraz neutrina. Naukowcy stworzyli wirtualne symulacje par kwark t - foton i na ich podstawie nauczyli swój algorytm, by w danych uzyskanych z eksperymentu ATLAS wyszukiwał informacji o jednoczesnym pojawieniu się fotonu promieniowania gamma, dżetu b, elektronu lub mionu oraz brakującej energii łączonej z obecnością neutrina, którego ATLAS nie potrafi wykryć. Gdy już wyszkolili swój algorytm, dali mu do analizy prawdziwe dane. Wyniki przeszły ich najśmielsze oczekiwania. Algorytm wykrył poszukiwane dane z poziomem ufności wynoszącym 9,3 sigma. Tymczasem od 5 sigma mówi się o odkryciu. Te wspomniane 9,3 sigma oznacza, że jest niezwykle mało prawdopodobne, by odnalezione dane pojawiły się przypadkowo.

Teraz naukowcy będą chcieli dokładniej przyjrzeć się parom kwark t - foton i mają nadzieję, że rozszyfrują dzięki temu łamanie symetrii w oddziaływaniach elektrosłabych. Byłby to ważny krok na drodze ku zrozumieniu natury bozonu Higgsa i mechanizmu uzyskiwania masy przez cząstki.

« powrót do artykułu