В ЦЕРН нашли признаки нового типа материи: топоний может стать самой маленькой частицей

Научные сотрудники лаборатории ЦЕРН сообщили о возможном обнаружении нового типа материи, который может оказаться самой маленькой частицей, когда-либо зафиксированной. Исследователи из коллаборации CMS обнаружили в данных Большого адронного коллайдера признаки нехарактерного поведения элементарных частиц. Научное сообщество обсуждает вероятность того, что топ-кварки, которые обычно не образуют устойчивых пар, могли кратковременно соединиться, сформировав необычный объект — топоний.

Обнаруженные данные были представлены на конференции Rencontres de Moriond в Италии. Кратковременное объединение топ-кварка с его антикварком считается ранее практически невозможным для наблюдения в условиях коллайдера. Несмотря на то что присутствует вероятность альтернативных объяснений, требуются дополнительные проверки на другом крупном эксперименте LHC — ATLAS.

В ходе столкновений протонов внутри ускорителя регулярно фиксируются пары топ-кварков и их антивещества, которые важно изучать для проверки Стандартной модели физики частиц. Анализ этих пар позволяет открыть новые явления, не укладывающиеся в современную теорию, и приблизиться к пониманию таких загадок, как природа темной материи.

В ходе исследований, нацеленных на поиск новых частиц, подобных бозонам Хиггса, физики обратили внимание на аномальное увеличение числа топ-кварковых пар при минимальной необходимой энергии для их появления. Это может свидетельствовать о явлении, которое ранее считалось чрезвычайно редким и трудноуловимым — образовании топония.

В пользу новой гипотезы говорят и теоретические расчеты: в рамках квантовой хромодинамики предсказывается вероятность образования таких кратковременных состояний при определённых условиях. Полученные экспериментальные значения весьма близки к ожидаемым для топония и превышают порог статистической значимости, позволяя говорить о достоверности результата.

Если данный результат подтвердится, то топоний станет завершающим примером так называемых кваркониев — неустойчивых пар тяжёлых кварков и антикварков. Ранее были обнаружены шармоний и боттомоний, состоящие из других тяжелых кварков. Топоний, благодаря большой массе, может оказаться самой маленькой частицей этого типа.

Долгое время считалось, что фиксировать топоний практически невозможно из-за быстрого распада топ-кварка. Его нестабильность отличает этот объект от других кваркониев, поскольку распад происходит за очень короткое время и связан не с аннигиляцией, а с естественным распадом одной из составляющих пары.