RTU Augstas enerģijas daļiņu fizikas un paātrinātāju tehnoloģiju centrs
Parādīt izvēlni
RTU Augstas enerģijas daļiņu fizikas un paātrinātāju tehnoloģiju centrs

Top kvarka fizika

Top kvarka fizika

Top kvarka un anti-Top kvarka pāris CMS eksperimentā. Šādi notikumi ierasti rada elektronus (sarkanais stars) un/vai muonus (zaļais stars) ar pretējiem lādiņiem, divas augstas enerģijas daļiņu strūklas (oranžie kūļi) un lielu daudzumu zaudētās enerģijas (violetais stars). Avots: CMS/CERN

RTU pētnieku komanda CMS eksperimentā strādā primāri Top Kvarka fizikas grupā.

Top, t, kvarks tika atklāts 1995. gadā, izmantojot Tevatron paātrinātāju. Tas ir trešās paaudzes augšup-tipa kvarks un ir vissmagākā līdz šim atklātā elementārdaļiņa. Tā masa, dabiskajās vienībās, ir 173 GeV. Lai arī šī masa ir ekvivalenta vien 0.3 miljard-miljardajai grama daļiņai, tā ir neticami milzīga salīdzinājumā ar citu elementārdaļiņu masām. Nākamā smagākā daļiņa ir Higsa bozons, kura masa ir 125 GeV. Visneticamākā ir t kvarka masas atšķirība no pārējo kvarku masām, no kurām nākamā lielākā ir b kvarka masa, kura ir vien 4.2 GeV. T kvarki un vieglajie u un d kvark savstarpēji atšķiras par piecām pakāpēm! Lai arī šī kvarka masa zinātnei ir zināma jau vairāk kā divas dekādes, iemesls, kāpēc tā ir tik nesamērīgi liela, joprojām ir noslēpums.

Top kvarku pāra sabrukšanas diagramma

Ekstrēmi lielā masa t kvarkam piešķir dažas interesantas īpašības. Kvarki ir vienīgās matērijas daļiņas, kas satur krāsas lādiņu un izjūt stiprās mijiedarbības ietekmi. Šī mijiedarbība ir īpaša ar to, ka, atšķirībā no pārējām trim, tās spēks palielinās palielinoties distancei starp mijiedarbojošamies objektiem. Tas tā ir tādēļ, ka gluons, bozons, kas ir stiprās mijiedarbības nesējdaļiņa, pats satur krāsas lādiņu un izjūt šīs mijiedarbības ietekmi caur mehānismu, kuru dēvē par pašmijiedarbību. No tā izrietošo īpašību sauc par ieslodzījumu, kas nosaka to, ka kvarki nav novērojami, kā atsevišķas daļiņas, tā vietā tie vienmēr ir ieslodzīti hadronos ar neitrālu krāsas lādiņu. Taču t kvarka masa ir tik augsta, ka tas vienmēr sabrūk caur vājo mijiedarbību, pirms tas ir spējis kondensēties neitrāla krāsas lādiņa hadronā.  Tas nozīmē, ka izpētot t kvarka sabrikšanā radītās daļiņas, mēs spējam pastarpināti novērot t kvarku kā gandrīz brīvu kvarku.

Vēl viens iemesls, kāpēc t kvarka izpēte ir interesanta, ir tā mijiedarbība ar Higsa bozonu. Sakabe starp Higsa bozonu un jebkuru citu elementārdaļiņu ir tieši proporcionāli šīs daļiņas masai, kas, savukārt, nozīmē, ka visstiprākā sakabe ir tieši starp Higsa bozonu un t kvarku. Līdz ar to, izpētot t kvarku, mēs varam vēl dziļāk un precīzāk aprakstīt arī Higsa bozona īpašības.

Visbeidzot, precīza t kvarka ražošanas un sabrukšanas ātrumu noteikšana ir vēl viens ceļš pretim tā saucamajai Jaunajai Fizikai. Piemēram, jebkāds t kvarka ražošanas paaugstinājums varētu norādīt uz jaunu, vēl smagāku, bet tieši nenovērojamu daļiņu eksistenci, kā piemēram, supersimetrisko daļiņu esamību.

Mūsu grupa piedalās vairākās Top kvarka grupas analīzēs un aktivitātēs CMS. Dr. Viesturs Veckalns ir krāsu plūsmas t kvarka sabrukšanas procesā analīzes līderis. Šāda veida analīzes ir svarīgas ar to, ka caur tām ir iespējams precīzāk izprast procesus, kas nosaka to, ka sub-atomiskās elementārdaļiņas kondensējas makroskopiskajā pasaulē, kuru redzam visapkārt mums.