Według informacji przekazanych przez naukowców w danych zebranych podczas jednego ze zderzeń zrealizowanych w ramach drugiego cyklu akceleratora cząstek zaobserwowano proces jednoczesnego powstania czterech kwarków górnych.
Czym jest kwark górny?
Mówiąc najprościej jest to jeden z sześciu kwarków (oprócz górnego mamy jeszcze dolny, powabny, dziwny, prawdziwy i piękny). Wraz z leptonami kwarki stanowią podstawowe cząstki elementarne opisane przez Model Standardowy.
Co ważne, kwark górny jest najcięższą cząstką w Modelu Standardowym. To z kolei oznacza, że najsilniej wiąże się ona z bozonem Higgsa, który nadaje cząstką masę. Nic zatem dziwnego, że to właśnie kwarki górne doskonale nadają się do poszukiwań granic Modelu Standardowego, ale także poszukiwań fizyki, która może istnieć poza nim.
Cztery kwarki górne? Co w tym trudnego?
Naukowcy od dawna wiedzieli, że Model Standardowy zezwala na powstawanie czterech kwarków górnych jednocześnie (dwie pary kwark górny-antykwark). Niestety powstanie takiego „zestawu” jest 70 000 razy mniejsze od powstania jednej takiej pary. Nic zatem dziwnego, że dotychczas zaobserwowanie powstawania czterech kwarków naraz umykało fizykom i to mimo licznych obserwacji. Owszem, dowody na ich powstawanie naukowcy znajdowali już wcześniej, nigdy jednak nie udawało się tego procesu zaobserwować bezpośrednio.
Jak przekazano podczas konferencji, wyzwaniem dla badaczy był nie tylko fakt rzadkości występowania procesu powstawania czterech kwarków górnych jednocześnie, ale także, a może nawet przede wszystkim trudność w zarejestrowaniu takiego zdarzenia. W fizyce cząstek elementarnych bowiem naukowcy analizują właściwości końcowych cząstek rozpadu, aby odtworzyć sekwencję, która do ich powstania doprowadziła.
W przypadku powstania kwarków górnych każdy z nich rozpada się na bozon W oraz kwark dolny. Bozon W natomiast następnie rozpada się na lepton i neutrino lub parę kwark-antykwark. To z kolei oznacza, że jeżeli chcemy znaleźć ślady po jednoczesnym powstaniu czterech kwarków górnych, trzeba poszukiwać wielu zróżnicowanych sygnatur, w których może znajdować się od 0 do 4 naładowanych leptonów oraz do 12 dżetów emitowanych przez kwarki.
Z tego też zresztą powodu naukowcy należący do obu zespołów korzystali w analizie danych z algorytmów stworzonych w oparciu o metody uczenia maszynowego, zdolnych do wyszukiwania zdarzeń, które potencjalnie mogą być powiązane z procesem tworzenia czterech kwarków górnych. Badając skutki poszczególnych zdarzeń algorytmy najpierw wyłuskują z tła zdarzenia, w których udział biorą jakiekolwiek górne kwarki, a następnie pośród nich poszukują tych, w których mogło dojść do powstania czterech kwarków. Tak też było i w tym przypadku.
Co ważne, wyniki eksperymentu, zarówno tego realizowanego przez zespół ATLAS, jak i przez CMS spełniają wszystkie wymogi dotyczące tzw. istotności statystycznej. Oznacza to, że uzyskane przez zespoły wyniki nie wystąpiły przypadkiem, czy też nie są wynikiem losowych fluktuacji, a przynajmniej prawdopodobieństwo tego jest niskie. W przypadku obserwacji ATLAS istotność statystyczna wyniosła 6,1 sigma, a w przypadku CMS – 5,5 sigma. Wymagana istotność statystyczna wynosi tymczasem 5 sigma. A więc mamy do czynienia z pierwszą obserwacją tego procesu w historii.
Teraz naukowcy przygotowują się do poszukiwania podobnych zdarzeń podczas trzeciego cyklu pracy Wielkiego Zderzacza Hadronów.
