آزمایش برخورد سنگین ATLAS بین یون‌های سرب به تولید کوارک‌های تاپ منجر شد
در سال ۱۹۹۵، تیمی از دانشمندان در آزمایشگاه شتاب‌دهنده ملی فرمی (Fermilab) سنگین‌ترین ذره بنیادی شناخته شده توسط بشر به نام کوارک تاپ را کشف کردند. چیزی که درباره این کوارک‌های تاپ جذاب بود، این بود که با وجود جرم زیادشان، تقریباً بلافاصله تجزیه می‌شوند، که مطالعه مستقیم آن‌ها را دشوار می‌کند.
تیم همکاری ATLAS، گروهی از پژوهشگران که با آشکارساز ATLAS در برخورددهنده هادرونی بزرگ (LHC) کار می‌کنند، کوارک‌های تاپ را در برخورد بین یون‌های سرب شناسایی کرده‌اند. به طور کلی، کوارک‌های تاپ در برخورد پروتون-پروتون مطالعه می‌شوند، اما این اولین باری است که در برخورد یون‌های سنگین مشاهده شده‌اند.
تیم ATLAS اشاره کرد که “این مشاهده نمایانگر یک گام مهم در فیزیک برخوردهای یون سنگین است، که راه را برای اندازه‌گیری‌های جدیدی از پلاسمای کوارک-گلون (QGP) که در این برخوردها ایجاد می‌شود، باز می‌کند و بینش‌های جدیدی درباره طبیعت نیروی قوی که پروتون‌ها، نوترون‌ها و دیگر ذرات مرکب را به هم می‌پیوستند، ارائه می‌دهد.”
بررسی QGP و شناسایی کوارک تاپ
تصور می‌شود که مقادیر زیادی از پلاسمای کوارک-گلون (QGP) به زودی پس از بیگ بنگ تشکیل شده‌اند و این پلاسما شرایط لازم برای تشکیل پروتون‌ها، نوترون‌ها و دیگر ذرات بنیادی را فراهم کرده است.
فهم کامل QGP می‌تواند به دانشمندان کمک کند تا عواملی که به منشأ همه ماده‌هایی که ما می‌شناسیم، کمک کرده‌اند، درک کنند. با این حال، زمانی که QGP با استفاده از برخورد یون‌های سنگین مشاهده می‌شود، با عمری به اندازه ۱۰ -۲۳ ثانیه ظاهر می‌شود که مطالعه آن را غیرممکن می‌سازد.
پژوهشگران ذکر کردند که “کوارک تاپ، به‌ویژه، یک پروب بسیار امیدوارکننده برای تکامل QGP در طول زمان است. به عنوان سنگین‌ترین ذره بنیادی شناخته‌شده، کوارک تاپ به ترتیب بزرگی بیشتری نسبت به زمانی که برای شکل‌گیری QGP لازم است، به دیگر ذرات تجزیه می‌شود.”
“تاخیر بین برخورد و تعامل محصولات تجزیه کوارک تاپ با QGP می‌تواند به عنوان یک &#۸۲۱۶;نشانگر زمانی&#۸۲۱۷; عمل کند و فرصتی منحصر به فرد برای مطالعه دینامیک زمانی QGP ارائه دهد،” آن‌ها اضافه کردند.</p> <p>برای شناسایی اولیه کوارک‌های تاپ، پژوهشگران برخورددهنده هادرونی بزرگ (LHC) را راه‌اندازی کردند و آزمایشی را با درگیری یون‌های سرب (Pb) به انرژی ۵.۰۲ تراه‌الکترون‌ولت (TeV) در حالت جفت ذره انرژی انجام دادند.</p> <p>آن‌ها متوجه تشکیل کوارک‌های تاپ و تجزیه سریع آن‌ها به دیگر ذرات، از جمله یک کوارک پایین و یک بوزون W شدند. بوزون W نیز به یک الکترون یا یک موزون و همراه با یک ذره دیگر به نام نوترینو تجزیه شد.</p> <p>“نتیجه با اهمیتی آماری به اندازه ۵.۰ انحراف معیار، اولین مشاهده تولید جفت کوارک تاپ در برخوردهای هسته‌ای-هسته‌ای را نشان داده است،” گروه ATLAS اظهار داشت.</p> <h3 class="wp-block-heading" id="h-there-is-still-some-uncertainty">هنوز برخی عدم قطعیت‌ها وجود دارد</h3> <p>نتایج فوق در طول دومین دوره LHC به‌دست آمده است. در طول این دوره، نویسندگان مطالعه نرخ تولید کوارک تاپ را با ۳۵٪ عدم قطعیت نسبی گزارش کردند.</p> <p>این بدان معناست که مقدار اندازه‌گیری شده نرخ تولید می‌تواند به اندازه ±۳۵٪ نادرست باشد. بنابراین، اگر دانشمندان نرخ تولید کوارک تاپ را به عنوان مثال ۱۰۰ رویداد اندازه‌گیری کنند، نرخ واقعی می‌تواند در هر جایی بین ۶۵ و ۱۳۵ رویداد باشد، بر اساس عدم قطعیت.</p> <p>آن‌ها پیشنهاد کردند که سومین دوره <a href="https://interestingengineering.com/innovation/meet-the-large-hadron-collider-the-worlds-most-powerful-atom-smasher" target="_blank" rel="dofollow">LHC</a> منجر به اندازه‌گیری‌های دقیق‌تر خواهد شد. امیدواریم نتیجه آزمایش‌های کوارک تاپ کنونی و آینده اطلاعات ارزشمندی درباره QGP آشکار کند.</p> <p>شما می‌توانید جزئیات این آزمایش را <a href="https://atlas.web.cern.ch/Atlas/GROUPS/PHYSICS/PAPERS/HION-2022-10/" target="_blank" rel="noopener noreferrer">اینجا</a> بخوانید.</p> <p></p>
