Kwark górny bez tajemnic. Znamy jego dokładną masę

Na taką wiadomość czekał cały świat, a już na pewno świat fizyki. Kwark górny został zważony i wreszcie znamy jego dokładną masę. Odkrycie to ma ogromne znaczenie dla naszego zrozumienia Modelu Standardowego.
Nowe pomiary w LHC
Nowe pomiary w LHC

Po trzech latach przerwy, Wielki Zderzacz Hadronów (LHC) znowu zostanie uruchomiony. Nie oznacza to jednak, że naukowcy nie dokonują postępów na podstawie wcześniejszych cykli (tzw. Run-ów) pracy akceleratora. Tak jest w opisywanym przypadku.

Zespół obsługujący detektor CMS wchodzący w skład LHC dokonał najdokładniejszego jak dotąd pomiaru masy kwarka górnego, najcięższej znanej cząstki elementarnej. Została ona oszacowana z dokładnością do ok. 0,22%.

Czytaj też: Jak zbudowane są jądra atomowe? Eksperyment Marathon rzuca nowe światło na kwarki

Dokładna znajomość masy kwarka górnego ma duże znaczenie dla zrozumienia naszego świata w najmniejszej skali. Znając tę wartość, można zweryfikować poprawność założeń Modelu Standardowego, który opisuje świat przyrody w skali mikro. Od jakiegoś czasu pojawiają się sugestie, że Model Standardowy jest niedokładny i “coś” nam umyka. Masa kwarka górnego pomoże to sprawdzić.

Znając masy bozonu W i bozonu Higgsa, możemy przewidzieć masę kwarka górnego. Analogicznie, znając masę kwarka górnego i bozonu Higgsa, można przewidzieć masę bozonu W. Do tej pory jednak ustalenie masy kwarka górnego było ciężkie.

W raporcie CMS czytamy:

Aby dokonać najnowszego pomiaru masy kwarku górnego, wykorzystując dane ze zderzeń proton-proton LHC zebrane przez detektor CMS w 2016 r., zespół CMS zmierzył pięć różnych właściwości zderzeń, w których powstaje para kwarków górnych, zamiast maksymalnie trzech właściwości, które były mierzone w poprzednich analizach. Własności te zależą od masy kwarku górnego.

Fizycy zastosowali nowe nowe algorytmy i uzyskali wynik masy kwarka górnego wynoszący 171,77±0,38 GeV, który jest zgodny z przewidywaniami Modelu Standardowego.

Można się spodziewać, że nowy cykl pracy LHC pozwoli na uzyskanie jeszcze dokładniejszych danych. Co więcej, jeszcze nie wszystkie dane z pomiarów z 2017 i 2018 r. zostały przeanalizowane. Czekamy na następne przełomowe odkrycia.