Как утверждает Стандартная Модель, материя состоит из частиц под названием адроны. В свою очередь адроны состоят из кварков, связанных между собой посредством обменных частиц сильного взаимодействия, глюонов. И вот на этом уровне наши знания заканчиваются. На сегодняшний день ни один эксперимент не дал даже намека, что кварки можно разделить. При этом нельзя сказать, что физики не пытались. Концепция кварков появилась в 1964 году и с тех пор идут постоянные и активные исследования.
Основным инструментом в изучении кварков являются «ускорители» – устройства, в которых элементарные частицы сначала разгоняются, а потом сталкиваются. По частицам, родившимся в результате таких соударений, можно судить о свойствах исходных частиц, а также о том, как частицы взаимодействуют при ударе. Все вместе это дает разностороннюю информацию о микромире, в том числе и о свойствах его «минимальных кирпичиков» – кварков, лептонов и обменных бозонов. В качестве самого впечатляющего примера такой установки можно привести Большой Адронный Коллайдер, ускоряющий в виде двух встречных пучков (потоков частиц) либо протоны (адроны), либо тяжёлые ионы свинца.
Одним из ключевых параметров ускорителя является энергия частиц в пучке. Чем она больше, тем больший спектр частиц может родиться при соударении пучков. С физической точки зрения увеличить энергию в соударении можно, просто повысив или скорость, или массу частиц во встречных пучках, или и то, и другое одновременно. С практической точки зрения такое повышение всегда представляется собой весьма и весьма сложное и дорогостоящее инженерное мероприятие. Поэтому новые ускорители строятся редко, существующие модернизируются до последней возможности, и на каждом из них с большим вниманием относятся к наиболее сложно синтезируемым тяжелым частицам.
Среди кварков самым тяжёлым и, как следствие, наименее изученным является топ-кварк. Более того, топ-кварк – это вообще самая тяжелая открытая на сегодняшний день элементарная частица. Получить топ-кварк настолько тяжело, что до 2016-ого года это удавалось сделать только на американском ускорителе Тэватрон, где его относительно недавно, аж 1995-ом году, и наблюдали впервые.
Но сейчас появилась еще одна возможность. Сначала на БАК были получены первые намеки на синтез топ-кварков в столкновениях протонов, а буквально несколько месяцев назад были получены первые свидетельства образования топ-кварков при соударении тяжелых ионов. К такому результату привела довольно долгая и кропотливая работа. Еще несколько лет назад, когда БАК только начинал работать, его возможности по изучению топ-кварков посредством соударений тяжелых ионов вызывали большой скепсис по целому ряду причин. Во-первых, для таких исследований необходима довольно большая светимость ускорителя, т.е. установка должна выдерживать довольно высокую частоту соударения ионов. Если светимость низкая, то за осмысленное время не удается собрать объем данных, достаточный для того, чтобы уверенно вычленить статистически редкое событие рождения топ-кварка. БАК в первую очередь был сконструирован для работы со встречными пучками протонов, которая сильно отличается от работы с тяжелыми ионами. Поэтому просто так взять и организовать достаточно эффективную работу с ионами было невозможно. Во-вторых, БАК не может разогнать тяжелые ионы до таких же скоростей, как и протоны. Это означает, что при столкновениях ионов максимальная кинетическая энергия отдельных протонов и нейтронов, из которых состоят ионы, значительно меньше, чем соответствующая энергия в протон-протонных столкновениях. Поскольку произвести топ-кварки тем легче, чем больше энергия столкновения частиц, синтез этих частиц в столкновениях протонов казался предпочтительней, а их получение в столкновениях ионов – бесперспективным. И, наконец, в столкновениях тяжелых ионов рождается гораздо больше частиц, чем в процессах с протонами, что делает обнаружение топ-кварков среди остальных продуктов соударений действительно сложной задачей.
Почему рождение топ-кварков в соударениях тяжелых ионов представляет такой большой интерес -- читайте в СЛЕДУЮЩЕЙ ЧАСТИ.
Мне важно Ваше мнение. Если нравится, ставьте лайк, подписывайтесь.
