Элементы Элементы большой науки

Поставить закладку

Напишите нам

Карта сайта

Содержание
Энциклопедия
Новости науки
LHC
Новости LHC
Мониторы LHC
Результаты, полученные на LHC
LHC в работе
Устройство и задачи LHC
LHC: ключевые факты
Устройство LHC
Зачем вообще нужен LHC?
Задачи, стоящие перед LHC
Изучение свойств адронов
Поиск хиггсовского бозона на LHC
Программа по изучению топ-кварка
Поиск суперсимметрии на LHC
Проверка экзотических теорий
Изучение ядерных столкновений
Безопасность экспериментов на LHC
Толковый словарик журналистских штампов
Физика элементарных частиц
Галерея
Картинка дня
Библиотека
Видеотека
Книжный клуб
Задачи
Масштабы: времена
Детские вопросы
Плакаты
Научный календарь
Наука и право
ЖОБ
Наука в Рунете

Поиск

Подпишитесь на «Элементы»



ВКонтакте
в Твиттере
в Фейсбуке
на Youtube
в Instagram



Архив журнала «Химия и жизнь» за 40 лет!

На 4 CD или 1 DVD





Главная / LHC / Устройство и задачи LHC / Задачи, стоящие перед LHC / Программа по изучению топ-кварка

Программа по изучению топ-кварка

Особенности топ-кварка

Прежде всего, стоит пояснить, с чем связан интерес к детальным исследованиям именно топ-кварков.

Топ-кварк — самый тяжелый кварк, и более того, это самая тяжелая из открытых пока элементарных частиц. Согласно последним результатам Тэватрона, его масса составляет 171,4 ± 2,1 ГэВ. Из-за своей большой массы топ-кварк до сих пор наблюдался пока на одном лишь ускорителе — Тэватроне (на других ускорителях просто не хватало энергии для его рождения). Физики шутят, что с запуском LHC топ-кварки наконец-то «увидят» и в Старом свете.

Большая масса топ-кварка интересует физиков еще и по следующим причинам.

  • Масштаб нарушения электрослабой симметрии v = 246 ГэВ. Массы всех остальных фермионов (как лептонов, так и кварков) намного меньше этого значения, а масса топ-кварка — нет. Это всё наводит на мысль, что топ-кварк может (или должен?) принимать очень активное участие в механизме нарушения электрослабой симметрии, а не просто быть пассивным наблюдателем, как другие фермионы. Например, один из неминимальных вариантов хиггсовского механизма опирается на конденсат топ-кварк–антикварковых пар.
  • В стандартной модели массы фермионов определяются по формуле mf = gf v/√2, где gf — безразмерная константа связи фермиона с хиггсовским полем. Для топ-кварка соответствующая константа gt примерно равна единице. Случайно ли такое совпадение или в нём есть глубокий смысл, пока неизвестно.
  • Петли с виртуальными топ-кварками дают самый большой вклад в петлевые поправки к свойствам хиггсовских бозонов (к эффективному потенциалу и к массе бозона Хиггса).
  • Несмотря на то, что топ-кварк распадается за счет слабого взаимодействия и что такие распады обычно протекают медленно, в данном случае из-за большой массы топ-кварка этот распад происходит на редкость быстро, заметно быстрее типичного адронного масштаба времени. За время своей жизни они успевают пролететь дистанцию порядка 0,1 фм, и на них не успевает повлиять конфайнмент кварков. Получается, топ-кварки рождаются и распадаются фактически свободными, не успев образовать мезоны.

Кроме того, топ-кварки интересуют физиков не только сами по себе, но и как «рабочий инструмент» для изучения хиггсовского бозона. Один из наиболее важных каналов рождения хиггсовского бозона на LHC — ассоциативное рождение вместе с топ-кварк–антикварковой парой. Для того чтобы надежно отделять такие события от фона, надо вначале хорошо изучить свойства самих топ-кварков.

Что планируется изучать на LHC

  • Несмотря на то что топ-кварки уже изучались на Тэватроне, именно LHC станет настоящей «фабрикой» топ-кварков. Сечение рождения топ-кварк–антикварковых пар возрастет по сравнению с Тэватроном в сто раз, и при проектной светимости LHC (которая тоже на порядки превышает светимость Тэватрона) ожидается по 80 миллионов кварк-антикварковых пар и 34 миллиона одиночных топ-кварков в год.
  • Этого будет достаточно, чтобы измерить массу топ-кварка с точностью лучше 1 ГэВ и изучить разнообразные каналы распада. Если в распадах топ-кварка появится какая-то экзотика, то ее можно будет заметить, даже если вероятность такого распада составляет одну миллионную.
  • В некоторых вариантах хиггсовского механизма появляются заряженные хиггсовские бозоны. Если они достаточно легкие, то они могут быть среди продуктов распада топ-кварка, и это может стать даже главным каналом рождения заряженных хиггсовских бозонов.
  • Изучение ассоциативного рождения бозона Хиггса с t–анти-t-парой позволит измерить константу связи gt с точностью до 15%. Это измерение будет важно для выяснения роли топ-кварков в нарушении электрослабой симметрии.
  • Если существуют резонансы с массой больше 2mt, они будут хорошо видны как всплески в сечении рождения топ-кварковых пар. Другой вариант, возможный в суперсимметричных моделях, — рождение тяжелых партнеров топ-кварка, в распаде которого встречается и сам топ-кварк. Наконец, возможны экзотические ситуации, приводящие к множественному рождению топ-кварков. Задача экспериментаторов сейчас — разработать эффективные системы распознавания разнообразных событий такого рода.

Дополнительная литература:


 


при поддержке фонда Дмитрия Зимина - Династия