CERN, renumitul centru de cercetare situat la granița franco-elvețiană, a anunțat recent o descoperire științifică ce ar putea transforma înțelegerea noastră asupra particulelor fundamentale ale universului. Analizând datele colectate în urma coliziunilor de protoni la LHC (Large Hadrons Collider), o echipă de cercetători a evidențiat o particulă care ar putea fi cel mai mic hadron observat vreodată: toponium.
Pentru a înțelege importanța acestei descoperiri, este esențial să clarificăm câteva noțiuni de bază din fizica particulelor. Hadronii sunt particule subatomice formate din quarci, care sunt elementele constitutive ale protonilor și neutronilor. Aceștia se împart în două categorii principale: barionii (cum ar fi protonii) și mezonii, care sunt mai ușori. Aceste particule sunt fascinante deoarece respectă legile interacțiunii tari, una dintre cele patru forțe fundamentale care guvernează universul. Toponium este o particulă și mai exotică, făcând parte din categoria particulelor de quarkonium, formate din perechi quark-anti-quark de același tip de quark greu. În cazul toponium, acesta este compus din quarci top, care sunt printre cei mai grei și instabili. Până acum, această particulă a fost dificil de detectat, în mare parte din cauza duratei sale de viață extrem de scurte, ceea ce face observarea sa o provocare majoră. Studiul său ar putea oferi informații valoroase pentru a completa înțelegerea Modelului Standard, teoria care descrie particulele și forțele fundamentale.
Cercetătorii din colaborarea CMS, care lucrează la detectarea de noi particule și fenomene în coliziunile de înaltă energie de la LHC, au făcut o descoperire surprinzătoare. În timpul analizei coliziunilor proton-proton la o energie de 13 teraelectronvolți (TeV) între 2016 și 2018, aceștia au observat un exces de perechi de quarci top. Acest exces ar putea fi un indiciu al prezenței toponium. Această observație a fost posibilă datorită unor metode de detecție extrem de avansate, care au utilizat modele teoretice pentru a interpreta rezultatele experimentale și pentru a rafina analiza datelor. Rezultatele au fost prezentate într-o postare pe serverul de preprinturi arXiv.
Principala dificultate în detectarea toponiumului constă în durata sa de viață extrem de scurtă. Toponium este format din quarci top, care sunt printre cele mai grele particule din Modelul Standard. Din cauza masei lor mari, acești quarci se dezintegrează aproape instantaneu după formarea toponium, ceea ce împiedică observarea directă a particulei înainte de a dispărea. În plus, toponiumul este o particulă unică, diferită de toate cele studiate până acum. Spre deosebire de alte particule similare, numite „quarkonia”, care se dezintegrează de obicei printr-un proces în care materia și antimateria se anihilează reciproc, toponium se dezintegrează într-un mod diferit: quarcii înșiși se transformă, ceea ce complică și mai mult identificarea sa.
Deși rezultatele sunt promițătoare, cercetătorii rămân prudenți. Deși ipoteza toponium este susținută de date, alte explicații sunt posibile, inclusiv cea a unei particule Higgs suplimentare. Aceasta ar fi o extensie a teoriilor existente despre bosonul Higgs, descoperit în 2012, care joacă un rol esențial în modul în care particulele dobândesc masă. Pentru a confirma sau infirma existența toponium, cercetătorii plănuiesc să utilizeze un model mai precis al acestei particule și să efectueze experimente suplimentare cu detectorul ATLAS, cealaltă mare experiență de la LHC. Ei speră astfel să consolideze dovezile acestei descoperiri și, posibil, să extindă frontierele fizicii particulelor.
Dacă descoperirea toponiumului este confirmată, ea ar constitui o adevărată revoluție în fizica particulelor. Această particulă nu doar că ar permite o mai bună înțelegere a proprietăților quarcilor top, ci ar putea contribui și la elucidarea unor mistere nerezolvate ale Modelului Standard. În mod special, ar putea oferi indicii despre fenomene care scapă teoriilor actuale, precum materia întunecată și energia întunecată, elemente fundamentale ale universului care nu pot fi încă explicate de cunoștințele științifice actuale. Toponiumul ar fi, de asemenea, un obiect de studiu fascinant pentru cercetătorii din fizica teoretică, care încearcă să dezvolte o versiune mai completă a fizicii particulelor, integrând elemente precum gravitația cuantică. Detectarea acestei particule ar putea fi primul pas către o nouă revoluție științifică, deschizând calea către o înțelegere mai profundă a legilor universului.
Deși descoperirea toponiumului nu este încă confirmată, ea reprezintă un moment de cotitură în explorarea fizicii particulelor. LHC continuă să împingă limitele înțelegerii noastre asupra lumii subatomice, iar această descoperire potențială ar putea fi una dintre cheile pentru a rezolva unele dintre cele mai mari mistere ale Universului.
Poll: Ce părere ai despre descoperirea potențială a toponiumului la CERN?
Revista “Ştiinţă şi Tehnică“, cea mai cunoscută şi longevivă publicaţie de popularizare a ştiintelor din România
