Физики впервые наблюдали формирование самой массивной частицы во Вселенной в новых условиях.

Физики из ЦЕРН во время эксперимента на Большом адронном коллайдере впервые наблюдали образование самой тяжелой фундаментальной частицы во Вселенной: t-кварка или истинного кварка. Эти частицы были созданы в результате столкновения ионов свинца. Это открытие представляет собой значительный шаг вперед в понимании условий, существовавших всего через долю секунды после Большого взрыва и возникновения Вселенной, сообщает IFLScience.

Самая тяжелая частица во Вселенной

Кварки являются фундаментальными элементарными частицами, составляющими основу всей известной материи. Они формируют протоны и нейтроны в ядре атома. Существует шесть типов или ароматов кварков. Хотя верхние и нижние кварки были найдены в составе протонов и нейтронов, очарованные, странные, истинные и прелестные кварки были выявлены только в результате крайне энергичных процессов, так как они очень нестабильны.

Истинный или t-кварк является самой тяжелой фундаментальной частицей во Вселенной, и его впервые выявили в 1995 году. Однако он распадается почти мгновенно, что значительно усложняет его изучение. t-кварк распадается всего за 5×10 в минус 25 степени секунд, и он является наименее стабильным из всех кварков. Обычно t-кварки исследуются в ходе столкновений протонов на Большом адронном коллайдере, но теперь физикам удалось впервые наблюдать их образование при столкновении ионов свинца.

Условия в первую долю секунды после рождения Вселенной

В процессе эксперимента были воссозданы условия, существовавшие через доли секунды после Большого взрыва. На тот момент вся материя представляла собой кварк-глюонную плазму. Элементарные частицы, известные как глюоны, являются переносчиками сильного взаимодействия — одной из четырех фундаментальных сил Вселенной. Глюоны связывают кварки вместе. Кварк-глюонная плазма создала условия в самом начале существования Вселенной, необходимые для образования протонов, нейтронов и других фундаментальных частиц, составляющих материю.

Кварк-глюонная плазма существует всего примерно 10 в минус 23 степени секунд, что примерно в 10 раз превышает время, необходимое для образования и последующего распада t-кварка. Таким образом, физики могут использовать эти частицы, образовавшиеся в разные моменты существования кварк-глюонной плазмы, для изучения эволюции самой плазмы. Это может помочь понять, что именно способствовало появлению всей материи во Вселенной.

Физики также полагают, что смогут использовать истинный кварк для изучения распределения момента импульса внутри движущихся протонов и нейтронов. Ученые хотят выяснить, равномерно ли распределяется момент импульса между кварками и глюонами, которые составляют ядро атома.

Во время формирования t-кварков ученые заметили, что они быстро распадаются на W-бозон и прелестный кварк. W-бозон является переносчиком слабого взаимодействия и распадается на электрон или мюон и соответствующее нейтрино. Существует вероятность распада W-бозона на кварки, однако это исследование будет проведено в будущем, когда физики продолжат изучать эволюцию кварк-глюонной плазмы.