ייצור זוג קווארקים מוביל כברנצפהבהתנגשויות עופרת-עופרת במאיץ ההדרון הגדול (LHC) של CERN עם גלאי ה-ATLAS, המציינת את התצפית הראשונה בתהליך זה באינטראקציות בין גרעיני אטום.
הצגה של התנגשות עופרת-עופרת ב-5.02 TeV לזוג נוקלאון שהביאה לזוג מועמד של קווארקים עליונים שמתפרקים לחלקיקים אחרים. האירוע מכיל ארבעה סילוני חלקיקים (קונוסים צהובים), אלקטרון אחד (קו ירוק) ומיון אחד (קו אדום). השיבוץ מציג מבט צירי של האירוע. קרדיט תמונה: ATLAS / CERN.
בפלזמה של קווארק-גלואון, המרכיבים הבסיסיים של פרוטונים וניוטרונים - קווארקים (חלקיקי חומר) וגלואונים (נושאי כוח חזק) - אינם קשורים בתוך חלקיקים, אלא קיימים במצב לא מוגבל של חומר, ויוצרים נוזל צפוף כמעט מושלם.
פיזיקאים מאמינים שפלזמה של קווארק-גלואון מילאה את היקום זמן קצר לאחר המפץ הגדול והמחקר שלו מציע הצצה לתנאים של אותה תקופה מוקדמת בהיסטוריה של היקום שלנו.
עם זאת, אורך החיים הקצר ביותר של פלזמת הקווארק-גלואון כאשר נוצר בהתנגשויות של יונים כבדים - בסביבות 10-23שניות - פירושו שלא ניתן לצפות בו ישירות.
במקום זאת, פיזיקאים חוקרים חלקיקים שנוצרים בהתנגשויות אלו ועוברים דרך פלזמה קווארק-גלואון, תוך שימוש בהם כבדיקה של תכונות הפלזמה.
הקווארק העליון, במיוחד, הוא בדיקה מבטיחה מאוד של התפתחות פלזמת הקווארק-גלואון לאורך זמן.
בתור החלקיק היסודי הכבד ביותר הידוע, הקווארק העליון מתפרק לחלקיקים אחרים בסדר גודל מהיר יותר מהזמן הדרוש ליצירת פלזמת קווארק-גלואון.
העיכוב בין ההתנגשות לבין תוצרי ההתפרקות של הקווארק העליון באינטראקציה עם פלזמת קווארק-גלואון יכול לשמש כ'סמן זמן', המציע הזדמנות ייחודית לחקור את הדינמיקה הזמנית של הפלזמה.
בנוסף, פיזיקאים יכולים לחלץ מידע חדש על פונקציות התפלגות הפרטון הגרעיני, המתאר כיצד התנע של נוקלאון (פרוטון או נויטרון) מתחלק בין הקווארקים והגלואונים המרכיבים אותו.
במחקר החדש, פיזיקאים עם ATLAS Collaboration חקרו התנגשויות של יוני עופרת שהתרחשו באנרגיית התנגשות של 5.02 טרה-אלקטרון-וולט (TeV) לזוג נוקלאון במהלך ריצה 2 של ה-LHC.
הם צפו בייצור של קווארק עליון בתעלת הדילפטון, שם הקווארקים העליונים מתפרקים לקווארק תחתון ובוזון W, שמתפרק לאחר מכן לאלקטרון או למיאון ולניטרינו קשור.
לתוצאה יש מובהקות סטטיסטית של סטיות תקן של 5.0, מה שהופך אותה לתצפית הראשונה של ייצור זוג קווארקים עליונים בהתנגשויות גרעין-גרעין.
"מדדנו את שיעור הייצור של צמד הקווארקים העליון, או חתך רוחב, עם אי ודאות יחסית של 35%", אמרו הפיזיקאים.
"אי הוודאות הכוללת מונעת בעיקר על ידי גודל מערך הנתונים, כלומר נתוני יונים כבדים חדשים מהריצה 3 המתמשכת ישפרו את דיוק המדידה."
"התוצאה החדשה פותחת צוהר לחקר פלזמה של קווארק-גלואון", הוסיפו.
"במחקרים עתידיים, נשקול גם את ערוץ ההתפרקות החצי-לפטוני של זוגות קווארקים עליונים בהתנגשויות של יונים כבדים, מה שעשוי לאפשר להם לקבל הצצה ראשונה לאבולוציה של פלזמה קווארק-גלואון לאורך זמן."
