БАК поймал нечто странное: Избыток топ-кварков — сигнал о рождении самой маленькой частицы?
Физики из коллаборации CMS, работающие на Большом адронном коллайдере (БАК) в ЦЕРНе, зафиксировали аномалию, способную пошатнуть Стандартную модель. В данных, собранных с 2016 по 2018 год, обнаружен необъяснимый избыток пар топ-кварк и анти-топ-кварк (tt̄). Самое интригующее — аномалия проявляется строго на пороге рождения частиц, что может указывать на существование экзотического связанного состояния — топония, либо на неизвестный фундаментальный бозон.
Загадка на границе энергий
Топ-кварк — самая тяжелая из известных элементарных частиц, его масса превышает массу атома золота. Стандартная модель предсказывает, что при столкновениях протонов на БАК пары tt̄ рождаются с определенной вероятностью. Однако анализ, проведенный в рамках поиска новых разновидностей бозона Хиггса, показал: при минимальной энергии, необходимой для рождения этой пары (так называемый «порог»), количество событий значительно превышает теоретический прогноз. Статистическая значимость отклонения достигла 5 сигма, что формально соответствует уровню «наблюдения» в физике.
Топоний: самая маленькая составная частица
Ключевая гипотеза, объясняющая аномалию, — образование топония. Это гипотетическое связанное состояние топ-кварка и анти-топ-кварка, которые на кратчайший миг «слипаются», прежде чем разлететься. Теория сильного взаимодействия (квантовая хромодинамика) допускает такую возможность именно вблизи порога рождения. Однако долгое время считалось, что топ-кварк распадается слишком быстро (за 10⁻²⁵ секунды) и просто не успевает образовать связанное состояние. Если топоний существует, он станет самой маленькой составной частицей во Вселенной, значительно меньше шармония и боттомония.
В поисках подтверждения
Пока рано говорить об открытии. Аномалия может быть вызвана неизвестным элементарным бозоном или систематической ошибкой. Решающим станет независимая проверка данных детектором ATLAS — «коллегой» CMS на БАК. Если ATLAS подтвердит избыток tt̄-пар на пороге, уверенность в существовании новой физики резко возрастет.
Обнаружение топония станет не просто открытием новой частицы, а прямым подтверждением предсказаний квантовой хромодинамики в экстремальных условиях. Это также откроет новое окно для поиска темной материи и объяснения асимметрии материи и антиматерии во Вселенной. В случае если аномалия связана с новым бозоном, это укажет на существование более фундаментальных законов за пределами Стандартной модели. На данный момент обе коллаборации, CMS и ATLAS, сосредоточены на перепроверке данных и подготовке новых анализов, которые либо подтвердят сенсацию, либо вернут физиков к чертежной доске.
