Sciencemag.cz
Doporučujeme
Vědci zúčastnění v projektu CMS v CERNu pozorovali v datech získaných na Velkém hadronovém urychlovači (LHC) nečekaný vzor, který by mohl naznačovat existenci nejmenší dosud pozorované kompozitní částice. Výsledek naznačuje, že kvarky top (t, svrchní) – nejtěžší známé elementárních částice, navíc s nejkratší dobou života – se mohou na okamžik spárovat se svými protějšky z antihmoty a vytvořit objekt zvaný toponium.
Nelze však vyloučit ani jiná vysvětlení; dosud se předpokládalo, že existenci toponia je na urychlovači LHC příliš obtížné ověřit, a výsledek bude muset být dále zkoumán vedle CMS také sesterským experimentem ATLAS.
Při vysokoenergetických srážkách protonů na LHC běžně vznikají páry kvarku a antikvarku top. Měření pravděpodobnosti nebo průřezu jejich produkce představuje důležitý test standardního modelu částicové fyziky a zároveň je účinným způsobem, jak hledat existenci nových částic, které v tomto modelu nejsou zahrnuty.
Výzkumníci CMS analyzovali velký vzorek dat o produkci příslušných párů původně proto, aby hledali nové typy Higgsových bosonů. Další částice podobné Higgsovu bosonu jsou předpovězeny v mnoha rozšířeních Standardního modelu. Ty by se dále mohly rozpadat na páry kvark-antikvark top. Neočekávaně vysoký podíl těchto párů by naznačovala přítomnost dalších bosonů podobných Higgsovu bosonu.
Data CMS ukázala právě takový přebytek. Zajímavé však je, že kolaborace pozorovala přebytek párů kvarku a antikvarku top při nečekané energii. To vedlo tým k úvahám o alternativní hypotéze, která byla dlouho považována za obtížně detekovatelnou: nastávalo krátkodobé spojení kvarku a antikvarku top za vzniku toponia.
Pokud se výsledek potvrdí, bude toponium posledním příkladem kvarkonia – termínu pro nestabilní stavy vzniklé párování kvarku a antikvarku. Charmonium (charm-anticharm, tj. kvark a antikvark c, půvabný) bylo objeveno už v roce 1974, Bottomonium (bottom-antibottom, analogicky…) v roce 1977. Charmonium a bottomonium mají velikost přibližně 0,6 a 0,4 femtometru. Bottomonium je považováno za nejmenší dosud objevený hadron. Vzhledem k jeho větší hmotnosti se očekává, že toponium (samozřejmě – pokud existuje) bude mnohem menší – což ho kvalifikuje jako nejmenší známý hadron vůbec (poznámka PH: to asi nebude chyba v původní tiskové zprávě, ale onen paradoxní stav „větší je lehčí“ na ultramikroúurovni).
Dlouhou dobu se mělo za to, že vázané stavy toponia nebudou ve srážkách mezi hadrony pravděpodobně detekovatelné. Kvark top se rozpadá na spodní kvark bottom (spodní, b) a boson W za dobu, kterou světlo urazí za pouhých 0,1 femtometru – zlomek velikosti samotné částice. Toponium by tedy bylo mezi kvarkonii jedinečné v tom, že jeho rozpad by byl vyvolán spontánním rozpadem jeho kvarků, nikoli vzájemnou anihilací jeho složek hmoty a antihmoty.
CMS colavoration, Observation of a pseudoscalar excess at the top quark pair production threshold, arXiv (2025). DOI: 10.48550/arxiv.2503.22382
Zdroj: CERN / Phys.org, přeloženo / zkráceno
