Физики из ЦЕРНа и американской лаборатории Ферми представили новое более точное значение массы самой тяжелой элементарной частицы — топ-кварка, говорится в сообщении ЦЕРНа.

Топ-кварк или «истинный» (truth) кварк, представитель «третьего поколения» кварков, был предсказан теоретиками еще в 1973 году, а открыт — в 1995 году на американском коллайдере Теватрон в Фермилабе, который был тогда единственным ускорителем, чьей энергии было достаточно для рождения топ-кварка.

Это самый тяжелый кварк, и самая тяжелая из открытых элементарных частиц — он в 170 раз тяжелее протона и весит примерно как атом вольфрама.

Рис. 1. Значения массы топ-кварка, полученные в экспериментах на Теватроне и Большом адронном коллайдере, и скомбинированный результат.

Измерения, сделанные на Теватроне, который был остановлен в октябре 2011 года, дали значение массы топ-кварка в 173,2±0,87 гигаэлектронвольта (ГэВ). Однако данные с Большого адронного коллайдера, полученные в 2010–2011 годах, дали несколько другое число — 173,29±0,95 ГэВ.

Теперь ученые с помощью специального математического аппарата скомбинировали эти измерения и получили новое, самое точное на данный момент значение: 173,34±0,76 ГэВ.

Уточненная масса топ-кварка позволит ученым проверить математическое описание квантовых соотношений между топ-кварком, бозоном Хиггса и W-бозоном, переносчиком слабого взаимодействия. Кроме того, с его помощью теоретики смогут уточнить предсказания о стабильности поля Хиггса и связанных с этим особенностей эволюции Вселенной, а также попытаться увидеть несоответствия в главной физической теории — Стандартной модели, что может открыть путь к «новой физике».

Ранее физики из Фермилаба обнаружили последний из предсказанных теорией способов рождения топ-кварка, завершив тем самым «портрет» этой частицы. Они изучили архивные данные о более чем 500 триллионах протон-антипротонных столкновений на Теватроне. В результате им удалось обнаружить 40 столкновений частиц, в которых одиночные топ-кварки рождались благодаря слабому ядерному взаимодействию через так называемый «s-канал».

Ученые впервые обнаружили рождение топ-кварков в результате «работы» сильного ядерного взаимодействия — силы которая связывает кварки в составных частицах, адронах. В этом случае топ-кварки рождались парами — топ-кварк и его античастица, которые примерно через кратчайшее время 5×10–25 секунды распадались на W-бозоны и b-кварки.

В 2006 году физикам впервые удалось увидеть одиночный топ-кварк, который рождался с помощью электрослабых сил — в так называемом t-канале, при котором b-кварк распадался на одиночный топ-кварк и W-бозон.

Теперь физики, в числе которых есть ученые из России, смогли найти следы рождения топ-кварка в результате самого редкого процесса — рождения через s-канал, в котором W-бозон распадается на топ-кварк и b-антикварк. Только одно из 50 миллиардов столкновений частиц в Теватроне приводит к рождению одиночного топ-кварка с помощью этого «метода».

Это открытие дает «ценное добавление» к той картине Вселенной, которую рисует Стандартная модель. Теперь портрет одной из фундаментальных частиц нашей Вселенной можно считать завершенным.