Tung, kortvarig elementarpartikel kunne hjælpe med at forfine forståelsen af ​​universet

Topkvarken er en unik lille ting.

Det er den tungeste kendte grundpartikel, til at begynde med. Selvom det er 100 millioner gange mindre end et atom af guld, den har nogenlunde samme masse. Det har også en ekstraordinær kort levetid. Faktisk, livet for en topkvark er så flygtigt, forskere kan kun opdage dets tilstedeværelse ved at dokumentere et signaturspor af partikler, der efterlades, når det forfalder.

Men mere end dets særheder, topkvarken kan indeholde nøglen til en dybere forståelse af vores universs skæbne.

Hvis forskere ved Florida Institute of Technology, anvender banebrydende nye metoder, er i stand til at bestemme topkvarkens masse med et præcisionsniveau, der endnu ikke er opnået, de vil flytte videnskaben tættere på at forstå, om universet er stabilt, som vi længe har troet at være tilfældet, eller ustabil.

De undersøger massen af ​​topkvarken ved hjælp af data indsamlet af Compact Muon Solenoid (CMS) detektoren ved Large Hadron Collider (LHC), verdens største og mest kraftfulde partikelaccelerator baseret i nærheden af ​​Genève, Schweiz.

Topkvarken får ikke så meget kærlighed som en anden partikel, Higgs boson, som med sit berømte kvantefelt er ansvarlig for at give alle andre partikler deres masse. Men topkvarken spiller en vigtig rolle for at bekræfte gyldigheden af ​​de underliggende teorier om partikelfysik og vores universs tilstand.

"Ikke mange mennesker taler om universet som et kvantemekanisk system og partikelmasser, men det viser sig, at vores universets stabilitet som et kvantesystem afhænger af topkvarkens og Higgs -bosonets masser, "sagde Marc Baarmand, professor i fysik og rumvidenskab ved Florida Tech, der studerer topkvarken og bragte LHC -forskningen til Florida Tech i 2000. "Fordi målingerne stadig ikke er særlig præcise, vi er usikre på, om vi lever i et stabilt eller metastabilt univers.

"De nuværende topkvarkmassemålinger er begrænset af de systematiske usikkerheder, der kommer fra både data og teori, "Baarmand fortsatte." Den nye metode sigter mod en alternativ måling med reduceret systematisk usikkerhed. "

En mere præcis måling af topkvarkmassen, Baarmand tilføjede, "kunne også hjælpe med at åbne døre til ny fysik, og måske kan det hjælpe med at pege os på andre nye partikler i fremtiden. "

Ud over deres undersøgelser af topkvarkmassen, Florida Tech -forskere under ledelse af Francisco Yumiceva, lektor i fysik og rumvidenskab, bygget, kalibreret og betjener hadron -kalorimeterdetektoren, som måler partiklernes energi. Et andet hold, ledet af Florida Techs Marcus Hohlmann, professor i fysik og rumvidenskab, udvikler gaselektronmultiplikatorkamre, som præcist måler muons baner. Disse forskere og deres studerende studerer datterpartiklerne produceret af topkvarker og Higgs bosoner, da de henfalder for bedre at forstå, hvordan disse vigtige partikler passer ind i de store fysiske rammer i det subatomiske univers.