Топ-кварк, самая тяжёлая известная элементарная частица, является многообещающим зондом эволюции КГП с течением времени. Быстрый распад на другие частицы позволяет использовать его в качестве «временного маркера», предоставляя уникальную возможность для изучения временной динамики КГП.

В новом исследовании физики ATLAS изучили столкновения ионов свинца при энергии столкновения 5,02 тераэлектронвольт (ТэВ) на пару нуклонов. Они наблюдали рождение топ-кварка в «дилептонном канале», где топ-кварки распадаются на нижний кварк и W-бозон, который впоследствии распадается либо на электрон, либо на мюон и связанное с ним нейтрино.

Результат имеет статистическую значимость 5,0 стандартных отклонений, что делает его первым наблюдением образования пары топ-кварков в столкновениях ядро-ядро. Ранее коллаборация CMS сообщала о доказательствах этого процесса в столкновениях свинца-свинца.

Наблюдение стало возможным благодаря точным возможностям реконструкции лептонов эксперимента ATLAS, высокой статистике полного набора данных свинец-свинец, основанным на данных фоновых процессов, новым симуляциям событий топ-кварка и специальным методам калибровки струй.

Физики ATLAS измерили скорость образования пары топ-кварков, или «сечение», с относительной погрешностью 35%. Общая погрешность в первую очередь обусловлена размером набора данных, что означает, что новые данные по тяжёлым ионам из текущего запуска 3 повысят точность измерения.

Новый результат ATLAS открывает окно в изучение КГП и позволяет учёным получить первое представление об эволюции КГП с течением времени. В будущих исследованиях физики ATLAS также рассмотрят «полулептонный» канал распада пар топ-кварков в столкновениях тяжёлых ионов, что может позволить им получить более глубокое понимание природы сильного взаимодействия и условий ранней Вселенной.