Физики из ЦЕРН впервые зафиксировали явление, которое долго считалось невозможным: самые массивные и краткоживущие частицы во Вселенной — топ-кварки — способны ненадолго объединяться со своими антипартнёрами, формируя квазисвязанные пары. Это открытие, подтверждённое сразу двумя независимыми экспериментами на Большом адронном коллайдере , ставит под сомнение прежнее представление о полной изолированности топ-кварков и открывает путь к пересмотру тонкой структуры Стандартной модели.
Аномалию первой заметила команда проекта CMS, анализируя данные 2016–2018 годов. При исследовании процессов, в которых могли участвовать новые разновидности бозона Хиггса, физики наткнулись на избыточное количество событий с парами топ и анти-топ кварков. Изначально предполагалось, что это сигнал новой частицы, но выяснилось: пик возникает точно на энергетическом пороге, необходимом для рождения таких пар. Это само по себе выглядело подозрительно закономерным.
7 июля участники проекта ATLAS объявили о том, что обнаружили аналогичную аномалию на полном наборе данных Run‑2 (2015–2018 годы). Совпадение результатов двух крупнейших установок исключает влияние статистического шума или аппаратных сбоев. У физиков появилась рабочая гипотеза: топоний — мимолётная система, в которой топ-кварк и его антипартнёр кратко связываются под действием глюонного поля.
Что скрывает тёмная сторона технологий
Подпишись на нас
Почему раньше считалось, что такие состояния невозможны? Топ-кварк распадается менее чем за 10⁻²⁵ секунды — гораздо быстрее, чем успевает образоваться даже промежуточная связь. В отличие от более «долгоиграющих» кварков, которые формируют стабильные или квазисвязанные структуры (вроде чармония или боттомония), топ казался одиночкой. Однако новые наблюдения показывают: в условиях, близких к пороговой энергии, может возникать короткое, но согласованное взаимодействие — своего рода квантовый «мост», существующий доли долей наносекунды.
CMS измерил вероятность образования такого состояния: 8,8 ± 1,3 пикобарн — показатель, превышающий установленный в физике порог статистической достоверности (5 сигма). ATLAS получил аналогичный результат — 9,0 ± 1,3 пикобарн при значимости 7,7 сигма. А значит, перед нами реальный физический эффект, а не случайная флуктуация.
Современные модели квантовой хромодинамики (QCD) плохо описывают такие тяжёлые и нестабильные частицы. Объяснение топония потребует новых методов расчёта — особенно в условиях, когда масса взаимодействующих частиц огромна, а время их существования буквально стремится к нулю.
Одна из альтернативных гипотез — существование неизвестной частицы с массой, близкой к удвоенной массе топ-кварка. Такая частица могла бы рождаться в результате столкновения глюонов и распадаться на топ + анти-топ. Чтобы подтвердить этот сценарий, потребуются сверхточные симуляции процессов на грани предсказуемости — задача, которая уже выходит за рамки возможностей многих существующих моделей.
Почему эффект удалось заметить только сейчас? Причина в его исключительной редкости. Подобные события теряются среди миллиардов обычных протон-протонных столкновений и маскируются статистическим шумом. Только благодаря объёму данных Run‑2 и улучшенным методам анализа исследователям удалось вычленить столь слабый, но воспроизводимый сигнал.
Если существование топония будет окончательно подтверждено, он станет третьим известным тяжёлым кварковым квазисостоянием наряду с чармонием и боттомонием. Это не только завершит «триаду» краткоживущих пар, но и откроет путь к изучению форм материи, которые ранее считались недостижимыми.
Сейчас идёт новый экспериментальный этап Run‑3 Большого адронного коллайдера . Учёные надеются, что свежие данные помогут прояснить механизм притяжения между топ-кварками и, возможно, выявят отклонения от Стандартной модели . Такие открытия могут оказаться не менее значимыми, чем революции в квантовой физике , где всё чаще возникают явления, которые бросают вызов привычным представлениям о природе. В перспективе квантовых технологий подобные эффекты могут стать ключом к новым способам взаимодействия с материей на фундаментальном уровне.
Подробнее: https://www.securitylab.ru/news/561214.php