Experiment ATLAS pozoroval nejtěžší kvarky typu t (top) ve srážkách proton-olovo

Urychlovač LHC v laboratoři CERN nesráží jen protony, ale i těžké ionty, např. olova. Pomocí takových srážek lze na urychlovači LHC simulovat podmínky, ve kterých se nacházel vesmír zlomky sekundy po velkém třesku. Všechna hmota ve vesmíru se v těch okamžicích nacházela ve stavu velmi horkého a hustého kvark-gluonového plazmatu. Nejtěžší z kvarků - top kvark - představuje unikátní nový nástroj ke studiu vlastností tohoto stavu hmoty. Vzhledem ke své velké hmotnosti vzniká v procesech, které vedou ke vzniku kvark-gluonového plazmatu, nikoliv v plazmatu samotném. Srovnání procesů známých ze srážek protonů s jejich protějšky ve srážkách těžkých iontů přináší nové informace o mechanismech těchto procesů a lze je využít jako sondu vývoje husté silně interagující hmoty v počátečních stádiích vývoje vesmíru.

Dr. Jiří Kvita a PhD student Petr Baroň ze Společné laboratoře optiky jsou součástí šestičlenného mezinárodního týmu, který analýzu po letech pečlivé práce dovedl k závěrům [1,2]. Podíleli se na klíčových součástech analýzy, a to od jejího hlavního softwaru a úprav ATLAS softwaru o specifika srážek těžkých iontů, přes kalibraci jednotlivých objektů v detektoru po modelování pozadí, ale také na kontrole finálního výsledku a produkci zveřejněných grafů. V týmu dále působí výzkumníci z Univerzity AGH v Krakově, z ČVUT v Praze a Slezské univerzity v Opavě.

Oproti předchozímu výsledku konkurenčního experimentu CMS [3] (též na urychlovači LHC) se nový výsledek experimentu ATLAS výsledek může pochlubit dvakrát větší přesností, a pozorováním produkce párů kvarků top a anti-top ve dvou různých rozpadových kanálech.

Analýza prošla náročným procesem schvalování, který si vyžádal i mnohé modifikace a upřesnění, ze stran skupin fyziky top kvarku a těžkých iontů, dedikované redakční rady, fyzikálních koordinátorů experimentu ATLAS a nakonec i celé kolaborace ATLAS.

Výsledky ve formě změřeného účinného průřezu daného procesu byly prezentovány na jedné z hlavních mezinárodních konferencí v daném oboru, Quark Matter v Houstonu [4], členkou týmu z Krakova, zatímco Petr Baroň je bude prezentovat na konferenci TOP2023 v Michiganu [5].

Analýza si získala pozornost ATLAS Physics Briefing týmu [2] a také sociálních sítí [6]. Dalším krokem bude dovedení výsledku do publikace v renomovaném časopise.

Event display kandidátské události v experimentu ATLAS, ve které se pár top kvarků vzniklý ve srážce proton-olovo rozpadl na elektron, mion, nedetekované neutrino, a hadronové jety obsahující i b-kvark.

[1] https://atlas.web.cern.ch/Atlas/GROUPS/PHYSICS/CONFNOTES/ATLAS-CONF-2023-063/ 

[2] https://atlas.cern/Updates/Briefing/HI-Top-Observation

[3] https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.119.242001

[4] https://indico.cern.ch/event/1139644/timetable/

[5] https://indico.cern.ch/event/1233341/

[6] https://www.facebook.com/ATLASexperiment, https://twitter.com/ATLASexperiment/status/1699800326168248416?s=20