CERN’deki Büyük Hadron Çarpıştırıcısı’ndaki (LHC) ATLAS işbirliğinin üyeleri, kurşun iyon çarpışmalarında üst kuarkların ilk gözlemini duyurdu; bu, ağır iyon çarpışmalarının fiziğinde önemli bir atılım anlamına geliyor. Bu keşif, bilim adamlarının, Büyük Patlama’dan kısa bir süre sonra evreni doldurduğu düşünülen maddenin bir hali olan kuark-gluon plazmasını (QGP) incelemesine olanak tanıyor.
QGP, kuarkların (madde parçacıkları) ve gluonların (güçlü kuvvetin taşıyıcıları) parçacıklara bağlı olmadığı, neredeyse ideal yoğun bir sıvı olarak var olduğu, maddenin “sınırsız” bir halidir. QGP’nin son derece kısa ömrü nedeniyle (yaklaşık 10^-23 saniye) doğrudan gözlemlenemez. Bunun yerine fizikçiler, ağır iyonların çarpışması sonucu oluşan ve QGP’den geçen parçacıkları inceliyor ve bunları QGP’nin özelliklerinin “sondaları” olarak kullanıyor.
Bilinen en ağır temel parçacık olan üst kuark, QGP’nin zaman içindeki evriminin umut verici bir araştırmasıdır. Diğer parçacıklara hızlı bir şekilde bozunması, QGP’nin zamansal dinamiklerini incelemek için eşsiz bir fırsat sağlayan bir “zaman işaretçisi” olarak kullanılmasına olanak tanır.
Yeni bir çalışmada ATLAS fizikçileri, nükleon çifti başına 5,02 teraelektronvolt (TeV) çarpışma enerjisinde kurşun iyonlarının çarpışmalarını inceledi. Üst kuarkların bir aşağı kuark ve bir W bozonuna bozunduğu ve daha sonra bir elektrona veya bir müona ve onunla ilişkili nötrinoya bozunduğu bir “dilepton kanalı”nda bir üst kuarkın oluşumunu gözlemlediler.
Sonuç, 5,0 standart sapmalık istatistiksel öneme sahiptir ve bu, onu çekirdek-çekirdek çarpışmalarında bir üst kuark çiftinin oluşumunun ilk gözlemi haline getiriyor. CMS işbirliği daha önce kurşun-kurşun çarpışmalarında bu sürecin kanıtlarını bildirmişti.
Gözlem, ATLAS deneyinin kesin lepton yeniden yapılandırma yetenekleri, arka plan süreçlerinden elde edilen verilere dayanan tam kurşun-kurşun veri setinin yüksek istatistikleri, üst kuark olaylarının yeni simülasyonları ve özel jet kalibrasyon teknikleri sayesinde mümkün oldu.
ATLAS fizikçileri üst kuark çifti üretim hızını veya “kesit”i %35’lik bir göreceli hatayla ölçtüler. Genel belirsizlik öncelikle veri setinin boyutundan kaynaklanmaktadır; bu, mevcut 3. Çalışmadan elde edilen yeni ağır iyon verilerinin ölçümün doğruluğunu artıracağı anlamına gelir.
Yeni ATLAS sonucu, QGP çalışmalarına bir pencere açıyor ve bilim adamlarının QGP’nin zaman içindeki evrimine ilişkin ilk bilgileri edinmelerine olanak tanıyor. Gelecekteki çalışmalarda ATLAS fizikçileri, ağır iyon çarpışmalarındaki üst kuark çiftlerinin “yarı leptonik” bozunma kanalına da bakacaklar; bu, güçlü kuvvetin doğası ve erken dönem koşulları hakkında daha fazla bilgi edinmelerine olanak tanıyacak. Evren.
