برخورددهنده سرن احتمالاً کوچک‌ترین ذره ترکیبی جهان را کشف کرد

برخورددهنده هادرونی بزرگ (LHC) در مرکز سرن از زمان آغاز فعالیت خود در سال 2008، کشف‌های بزرگی در فیزیک ذرات را رقم زده است. اکنون محققان با استفاده از LHC احتمال می‌دهند کوچک‌ترین ذره ترکیبی (هادرون) را که تاکنون دیده شده، کشف کرده باشند.

براساس گزارش Interesting Engineering، محققان سرن از احتمال کشف کوچک‌ترین هادرونی که تاکنون دیده شده، خبر داده‌اند. این ذره که «توپونیوم» (Toponium) نام دارد، ذره‌ای ترکیبی است که از جفت کوارک–پادکوارک تشکیل شده است. درکل، کوارک‌ها ذراتی بنیادی‌اند که با هم ترکیب می‌شوند تا ذرات مرکبی به نام هادرون ایجاد کنند که پایدارترین آنها پروتون و نوترون (اجزای تشکیل‌دهنده هسته اتم) هستند. به هادرون‌هایی که از کوارک و پادکوارک تشکیل شده‌اند، کوارکونیوم می‌گویند؛ توپونیوم نیز کوارکونیوم است.

شاید کوچک‌ترین ذره ترکیبی جهان کشف شده باشد

توپونیوم آخرین کوارکونیوم کشف‌شده در رده کوارک‌های سنگین بوده است اما دانشمندان تاکنون نتوانسته بودند آن را مشاهده کنند؛ چون در LHC به‌سرعت ناپدید می‌شود اما یافته‌های محققان در پژوهش اخیر نشان می‌دهد به احتمال زیاد ذره‌ای که کشف شده، توپونیوم است.

تمام این تحقیقات از جستجو برای یافتن انواع جدیدی از ذره بوزون هیگز آغاز شد که اولین‌ بار سال 2012 در LHC شناسایی شد. بوزون هیگز برای درک ذرات بنیادی که جهان ما را ساخته‌اند، بسیار کلیدی است.

مدل استاندارد فیزیک ذرات بنیادی بهترین درک ما از ذرات و نیروهای اساسی در جهان است اما این نظریه کامل نیست؛ زیرا چندین پدیده ازجمله ماده تاریک، انرژی تاریک و نبود گرانش را در نظر نمی‌گیرد. محققان با کشف انواع جدید ذرات بوزون هیگز دنبال نظریه‌های دیگری هستند تا شکاف‌های نظریه مدل استاندارد را پر کنند. تعدادی از این نظریات وجود انواع جدیدی از ذرات بوزون هیگز را نشان داده‌ که محققان در پژوهش اخیر در LHC دنبال آن بوده‌اند.

طبق پیش‌نویس مقاله محققان، آنها حین جستجو برای یافتن ذرات هیگز، تعدادی جفت‌ کوارک-‌پادکوارک سر را درحالی پیدا کردند که در وضعیت حداقل انرژی برای تولید چنین ذراتی قرار داشتند. این امر باعث شد محققان این احتمال را در نظر بگیرند که مشاهدات آنها می‌تواند نشانه‌ای از توپونیوم باشد.

محققان برای اثبات مشاهدات خود، احتمال تولید توپونیوم در برخوردهای پرانرژی را (مانند آنچه در CERN انجام می‌شود) تخمین زده‌اند. آنها دریافتند این برخوردها 8.8 بار به‌ازای هر تریلیون برخورد رخ می‌دهد که به 8.8 پیکوبارن (Picobarn) نیز معروف است. این رقم به اندازه کافی زیاد است تا آستانه 5 سیگما در فیزیک ذرات را برآورده کند: استاندارد طلایی برای آنکه بگوییم مشاهده واقعی بوده است اما هنوز محققان درباره ادعاهای خود محتاط‌اند؛ زیرا می‌تواند ذره هیگز دیگری نیز باشد.