Kwark powabny to niezwykle mała cząstka elementarna, która uwielbia towarzystwo. Już ułamek sekundy od swoich narodzin próbuje znaleźć sobie partnera lub partnerów. Do tej pory na dobrym poziomie była wiedza o własnościach hadronów, a więc związkach kwarków, brakowało jednak danych o „samotnych kwarkach”. Badacze zaangażowani w projekt ALICE zaproponowali eksperyment, który pozwoli ustalić własności kwarka powabnego w chwili, kiedy ten szuka partnera. Publikacja na ten temat ukazała się w Nature.

Wyzwaniem było rozpoznanie poszukujących partnera kwarków powabnych w obfitym prysznicu cząstek, które powstają w Wielkim Zderzaczu Hadronów. Jak podkreśla prof. Adam Kisiel z Wydziału Fizyki, eksperyment ALICE ma tę umiejętność, że potrafi te cząstki zmierzyć i zidentyfikować w zakresie, który interesuje badaczy. W przeszukiwaniu danych z detektorów i odnajdywaniu tam informacji o uwolnionych na chwilę kwarkach powabnych pomógł efekt tzw. martwego stożka. Teoria mówiła, że kwark powabny poszukujący partnera będzie tracił energię emitując cząstki (gluony) w pewien charakterystyczny sposób: żadna cząstka uciekająca z tego tracącego energię kwarka nie opuszcza go w kierunku jego lotu, powstaje więc tak zwany martwy stożek nieobserwowany dla kwarków lżejszych. Jest to obserwacja jednego z fundamentalnych efektów oddziaływań silnych.

Publikacja w „Nature” potwierdza właśnie doświadczalną obserwację takich martwych stożków i to, że dzięki nim można uzyskać wgląd w moment samotnego życia kwarka powabnego. – Nasze badania to najbardziej bezpośrednie potwierdzenie, że swobodny kwark powabny ma masę – mówi dr inż. Łukasz Graczykowski z naszego wydziału. – Masa ta wynosi ok. 1,28 GeV/c2, a więc ok. 2,29x10^-24 g. Można więc powiedzieć, że ok. pół miliona miliardów miliardów takich samotnych kwarków ważyłoby jeden gram.

Polscy uczestnicy eksperymentu tłumaczą, że badania te są o tyle ważne, że potwierdzają ustalenia tzw. chromodynamiki kwantowej.

Więcej o pracach, które mogą wpływać na rozumienie świata, można przeczytać na stronie głównej PW.
 

Współautorzy publikacji z Wydziału Fizyki: dr inż. Łukasz Graczykowski, dr Rihan Haque, dr inż. Małgorzata Janik, mgr inż. Przemysław Karczmarczyk, prof. dr hab. inż. Adam Kisiel, dr Georgy Kornakov, dr inż. Janusz Oleniacz, mgr inż. Wioleta Rzęsa, dr hab. inż. Hanna Zbroszczyk, prof. PW.