Топ-кварки відкривають загадки Великого вибуху.

Унікальний експеримент, проведений на Великому адронному колайдері (ВАК), зробив важливий крок вперед у розкритті таємниць раннього Всесвіту. Фізики з колаборації ATLAS вперше виявили утворення пар топ-кварків під час зіткнень важких ядер свинцю. Це відкриття не лише підтвердило теоретичні моделі, але й проклало новий шлях для досліджень кварк-глюонної плазми — стану матерії, що існував у перші мікросекунди після Великого вибуху.

Коли ядра свинцю стикаються з неймовірною швидкістю, Великій адронний колайдер (ВАК) генерує екстремальні умови, що сприяють утворенню кварк-глюонної плазми — надзвичайно гарячої та щільної "супи" з вільних кварків і глюонів. Вчені вважають, що саме ця речовина була основою раннього Всесвіту, заповнюючи його в перші миті його існування.

"Наше дослідження — це своєрідний часовий апарат, що в лабораторних умовах відтворює події, які мали місце 13,8 мільярдів років тому," — зазначає Ентоні Бадеа з Університету Чикаго, один із співавторів роботи.

Дослідження плазми відкриває можливість не тільки для глибшого усвідомлення еволюції Всесвіту, але й для перевірки фундаментальних принципів квантової хромодинаміки — теорії, що характеризує взаємодії кварків.

Особливу роль у дослідженні відіграли топ-кварки -- наймасивніші з відомих елементарних частинок. Їхня унікальність полягає в надзвичайно короткому житті (близько 10⁻²⁵ секунди) та чіткій схемі розпаду. Оскільки топ-кварки розпадаються ще до зникнення кварк-глюонної плазми, вони стають ідеальними зондами для вивчення її структури.

"Частинка розпадається на легші компоненти, які, своєю чергою, продовжують розпадатися. Аналізуючи часові затримки між цими процесами, ми можемо побачити, як плазма впливає на частинки", -- коментує Стефано Форте з Міланського університету.

Команда ATLAS провела аналіз мільйонів зіткнень, щоб виявити рідкісні події, пов'язані з народженням топ-кварків. Дослідники зосередили свою увагу на так званому дилептонному каналі, де кожен кварк розпадається на W-бозон (носій слабкої взаємодії) і нижчий кварк. У свою чергу, W-бозон трансформується в лептон (наприклад, електрон) та нейтрино, які фіксуються детекторами.

Дослідження продемонстрували, що кількість створених топ-кварків повністю відповідає сучасним фізичним прогнозам. "Це лише початок. Тепер ми впевнені, що здатні генерувати топ-кварки в складних умовах ядерних зіткнень. Наступним кроком є дослідження впливу плазми на їхню поведінку", - підкреслив Хуан Рохо з Амстердамського університету.

Наразі кількості даних все ще недостатньо для детального аналізу більш тонких ефектів. Проте вже за кілька років, після модернізації ВАК для роботи з більш високими енергіями, вчені отримають змогу збирати значно більшу статистику. Це дозволить:

Це дослідження не тільки збагачує наше пізнання в галузі фізики частинок, але й підкреслює: ключі до найбільших загадок Всесвіту можуть бути знайдені в його найдрібніших елементах.

Раніше ми інформували про можливість існування кваркових ядер у нейтронних зорях.