Физиците от ЦЕРН и американската лаборатория „Енрико Ферми“ представиха нова, по-точна стойност на масата на най-тежката елементарна частица – топ кварка.
Топ кваркът, или „истинският“ (truth) кварк, представител на „третото поколение“ кварки, е предсказан от теоретиците още през 1973 година, а е открит през 1995 година на американския колайдер Теватрон, който тогава бил единственият ускорител, чиято енергия била достатъчна за раждането на топ кварка.
Това е най-тежкият кварк и най-тежката от откритите елементарни частици – той е 170 пъти по-тежък от протона и тежи приблизително колкото атома на волфрама.
Измерванията, направени на Теватрон, който бе спрян през октомври 2011 година, са дали стойност на масата на топ кварка 173,2±0,87 гигаелектронволта (GeV). Но данните от Големия адронен колайдер, получени през 2010–2011 г., са дали малко по-различно число –173,29±0,95 GeV.
Сега учените с помощта на специален математически апарат комбинирали тези измервания и получили нова, най-точната засега стойност – 173,34±0,76 GeV.
Уточнената маса на топ кварка ще позволи на учените да проверят математическото описание на квантовите съотношения между топ кварка, Хигс бозона и W бозона, носител на слабото взаимодействие.
Освен това с негова помощ теоретиците ще могат да уточнят предсказанията за стабилността на полето на Хигс и свързаните с това особености на еволюцията на Вселената, както и да се опитат да видят несъответствия в основната физична теория – Стандартния модел, което може да отвори пътя към „новата физика“.
По-рано физиците от Фермилаб откриха последния от предсказаните от теориите начин за раждането на топ кварка и така завършиха „портрета“ на тази частица. Те изучили архивни данни за повече от 500 трилиона протон-антипротонни сблъсъка на Теватрон. В резултат успели да открият 40 сблъсъка на частици, в които единични топ кварки се раждали благодарение на слабо ядрено взаимодействие чрез т.нар. s-канал.
Учените за първи път открили раждането на топ кварки в резултат на „работата“ на силното ядрено взаимодействие – силата, която свързва кварките в съставните частици – адроните. В този случай топ кварките се раждали по двойки – топ кварк и неговата античастица, които след кратко време – 5×10-25 секунди, се разпадали на W бозони и b кварки.
Стойността на масата на топ кварка в експериментите на Теватрон и Големия адронен колайдер и комбинираният резултат.
© CERN/Fermilab
През 2006 година физиците за първи път успели да видят единичен топ кварк, който се раждал с помощта на електрослаби сили – в т.нар. t-канал, при което b-кваркът се разпадал на единичен топ кварк и W бозон.
Сега физиците успели да открият следи от раждането на топ кварк в резултат на най-редкия процес – раждането през s-канал, в който W бозонът се разпада на топ кварк и b антикварк. Само един от 50 милиарда сблъсъка на частици в Теватрон води до раждането на единичен топ кварк с помощта на този „метод“.
Това откритие дава „ценно допълнение“ към тази картина на Вселената, която рисува Стандартният модел. Сега портретът на една от фундаменталните частици от нашата Вселена може да се смята за завършен.
