Топ-кварки рождаются и в протон-ядерных столкновениях

Большой адронный коллайдер умеет сталкивать не только протоны, но и ядра, а также проводить асимметричные протон-ядерные столкновения. Главная задача ядерной части научной программы коллайдера — изучить кварк-глюонную плазму и прочие коллективные эффекты, которые возникают именно в столкновении ядер. В этом направлении уже были получены многочисленные результаты, но практически все они касаются адронов с поперечными импульсами в области несколько ГэВ. В столкновениях ядер могут, конечно, происходить и очень жесткие процессы — ведь энергии столкновений протонов и ядерных соударений в расчете на нуклонную пару сопоставимы. Однако из-за того, что светимость ядерных столкновений на несколько порядков ниже светимости протонных, такие жесткие процессы происходят слишком редко, чтобы их отловить (просто сравните числа, приведенные на странице ядерных результатов).

Тем не менее один такой жесткий процесс — рождение топ-кварковой пары — детектор CMS всё же увидел (см. недавнюю публикацию arXiv:1709.07411). Для этого была обработана статистика 2016 года, когда коллайдер сталкивал протоны с ядрами свинца на энергии столкновении 8,16 ТэВ в расчете на нуклонную пару (см. новость о том сеансе работы). Искомый процесс был надежно зарегистрирован на уровне статистической значимости выше 6σ, и измеренное сечение вполне согласуется с теоретическими расчетами. Было бы очень интересно обнаружить в таких столкновениях и хиггсовский бозон, но для него, к сожалению, требуется гораздо большая статистика.