Ученые, работающие на Большом адронном коллайдере (БАК), заметили в своих экспериментах что-то необычное. Они изучали данные, собранные с 2016 по 2018 годы с помощью детектора CMS, и нашли признаки топония — особого состояния, когда топ-кварк и его античастица, анти-топ-кварк, на миг соединяются.
Топ-кварк — очень тяжелая частица, в 184 раза тяжелее протона. Внутри БАК протоны сталкиваются на огромной скорости, и иногда появляются пары топ-кварк и анти-топ-кварк. Обычно эти пары быстро распадаются, но ученые давно думали, что они могут ненадолго образовать топоний. Новые данные показали, что таких пар слишком много на самой низкой энергии их появления, и это может быть доказательством существования топония.
Зачем это нужно? Ученые хотят проверить свою главную теорию про частицы — она называется Стандартная модель. Если топоний есть, он может показать, все ли в этой теории правильно, или подсказать, что есть еще какие-то новые частицы, например, дополнительные бозоны Хиггса. Эти бозоны, если они существуют, любят «дружить» с топ-кварками и оставлять следы в детекторах, как отпечатки. В этот раз пар топ-кварков было больше, чем думали, особенно при самой низкой энергии. Ученые посчитали: шанс, что топоний появился, — 8,8 пикобарна (это как мерка в науке), и они уверены на 85%. А еще результат точный больше чем на пять сигма — это значит, что случайность почти исключена. Но чтобы быть совсем уверенными, они проверят все еще раз с другим детектором — ATLAS.
Топоний — это не просто частица, а что-то совсем необычное. Он может быть супер-маленьким, меньше 0,1 фемтометра — это так мало, что даже представить сложно! Есть похожие пары частиц, например, чармоний и боттомоний, но топоний меньше их всех. А еще топ-кварк в нем распадается почти мгновенно, превращаясь в другие частицы, а не исчезает, как другие пары. Если ученые докажут, что топоний есть, это будет как последняя деталь в коллекции таких пар и поможет понять, как работает мир самых крошечных вещей. Сейчас команды CMS и ATLAS вместе ищут ответы, а впереди еще много экспериментов, чтобы все выяснить.