برخورددهنده هادرونی بزرگ (LHC) در مرکز سرن از آغاز فعالیت در سال ۲۰۰۸ کشفهای مهمی در فیزیک ذرات ثبت کرده است. اکنون محققان با بهرهگیری از این دستگاه احتمالا کوچکترین ذره ترکیبی یا هادرونی را که تا به امروز مشاهده شده کشف کردهاند.

بر اساس گزارش، محققان سرن از احتمال کشف کوچکترین هادرون مشاهدهشده خبر دادهاند. این ذره به نام توپونیوم شناخته میشود و از جفت کوارک و پادکوارک تشکیل شده است. کوارکها ذرات بنیادی هستند که با ترکیب یکدیگر هادرونها را میسازند؛ پایدارترین هادرونها پروتون و نوتروناند که هسته اتم را تشکیل میدهند. هادرونهایی که از کوارک و پادکوارک ساخته شدهاند کوارکونیوم نامیده میشوند و توپونیوم یکی از این کوارکونیومهاست.

احتمال کشف کوچکترین ذره ترکیبی جهان

توپونیوم آخرین کوارکونیوم در رده کوارکهای سنگین است که تا کنون مشاهده نشده بود، زیرا در LHC به سرعت ناپدید میشود. با این حال، یافتههای جدید محققان نشان میدهد که ذره کشفشده با احتمال زیاد توپونیوم است.

این تحقیقات همه از جستجوی انواع جدید بوزون هیگز آغاز شده که اولین بار در سال ۲۰۱۲ در LHC شناسایی شد. بوزون هیگز برای درک ذرات بنیادی سازنده جهان ما نقش کلیدی دارد.

مدل استاندارد فیزیک ذرات بنیادی بهترین درک ما از ذرات و نیروهای اساسی است، اما این نظریه کامل نیست؛ زیرا پدیدههایی مانند ماده تاریک، انرژی تاریک و گرانش را توضیح نمیدهد. محققان با کشف انواع جدید بوزون هیگز به دنبال نظریههای فراتر از مدل استانداردند تا شکافهای آن را پر کنند. تعدادی از این نظریات وجود انواع جدید بوزون هیگز را پیشبینی کردهاند که محققان در پژوهش جدید LHC به جستجوی آنها پرداختهاند.

بر اساس پیشنویس مقاله محققان، آنها در حین جستجوی ذرات هیگز، چندین جفت کوارک-پادکوارک بالا را در حالت کمینه انرژی برای تشکیل چنین ذراتی آشکار کردند. این امر باعث شد محققان گمان کنند مشاهداتشان میتواند نشانهای از توپونیوم باشد.

برای تأیید مشاهدات، محققان احتمال تشکیل توپونیوم در برخوردهای پرانرژی مشابه CERN را تخمین زدند. آنها دریافتند این برخوردها ۸.۸ بار در هر تریلیون برخورد رخ میدهد، معادل ۸.۸ پیکوبارن. این نرخ به اندازه کافی بالاست تا معیار ۵ سیگما در فیزیک ذرات، یعنی استاندارد طلایی تایید مشاهده واقعی، برآورده شود. با این حال محققان همچنان محتاط هستند، زیرا سیگنال مشاهدهشده ممکن است مربوط به نوع دیگری از بوزون هیگز باشد.