มีการผลิตคู่ท็อปควาร์กแล้วสังเกตในการชนกันของตะกั่ว-ตะกั่วที่เครื่องชนอนุภาคแฮดรอนขนาดใหญ่ (LHC) ของ CERN กับเครื่องตรวจจับ ATLAS ถือเป็นการสังเกตครั้งแรกของกระบวนการนี้ในปฏิสัมพันธ์ระหว่างนิวเคลียสของอะตอม
การแสดงการชนกันของตะกั่ว-ตะกั่วที่ 5.02 TeV ต่อคู่นิวคลีออน ซึ่งส่งผลให้ท็อปควาร์กคู่ที่เหมาะสมสลายตัวเป็นอนุภาคอื่น เหตุการณ์นี้ประกอบด้วยไอพ่นอนุภาคสี่อัน (กรวยสีเหลือง) อิเล็กตรอนหนึ่งอัน (เส้นสีเขียว) และมิวออนหนึ่งอัน (เส้นสีแดง) การฝังแสดงให้เห็นมุมมองแกนของเหตุการณ์ เครดิตภาพ: ATLAS / CERN
ในพลาสมาควาร์ก-กลูออน ส่วนประกอบพื้นฐานของโปรตอนและนิวตรอน ได้แก่ ควาร์ก (อนุภาคของสสาร) และกลูออน (ตัวพาแรงอย่างแรง) จะไม่ถูกผูกมัดภายในอนุภาค แต่กลับอยู่ในสถานะของสสารที่ไม่มีการกำหนดขอบเขต ก่อตัวเป็นของเหลวหนาแน่นเกือบสมบูรณ์แบบ
นักฟิสิกส์เชื่อว่าพลาสมาควาร์ก-กลูออนเต็มจักรวาลหลังจากเกิดบิ๊กแบงได้ไม่นาน และการศึกษาของพลาสมาได้เผยให้เห็นสภาพของยุคต้นๆ ของประวัติศาสตร์จักรวาลของเรา
อย่างไรก็ตาม พลาสมาควาร์ก-กลูออนมีอายุการใช้งานสั้นมากเมื่อเกิดจากการชนของไอออนหนัก ประมาณ 10-23วินาที — หมายความว่าไม่สามารถสังเกตได้โดยตรง
แต่นักฟิสิกส์จะศึกษาอนุภาคที่เกิดจากการชนเหล่านี้และผ่านพลาสมาควาร์ก-กลูออน โดยใช้พวกมันเป็นตัวตรวจสอบคุณสมบัติของพลาสมา
โดยเฉพาะอย่างยิ่งท็อปควาร์กเป็นตัวตรวจสอบวิวัฒนาการของพลาสมาควาร์ก-กลูออนเมื่อเวลาผ่านไป
เนื่องจากเป็นอนุภาคมูลฐานที่หนักที่สุดที่เรารู้จัก ท็อปควาร์กจึงสลายตัวเป็นอนุภาคอื่นตามลำดับความสำคัญเร็วกว่าเวลาที่จำเป็นในการสร้างพลาสมาควาร์ก-กลูออน
ความล่าช้าระหว่างการชนและผลิตภัณฑ์สลายตัวของท็อปควาร์กที่มีปฏิสัมพันธ์กับพลาสมาควาร์ก-กลูออนสามารถทำหน้าที่เป็น 'เครื่องหมายเวลา' ซึ่งเป็นโอกาสพิเศษในการศึกษาพลวัตทางโลกของพลาสมา
นอกจากนี้ นักฟิสิกส์สามารถดึงข้อมูลใหม่เกี่ยวกับฟังก์ชันการกระจายพาร์ตอนนิวเคลียร์ ซึ่งอธิบายว่าโมเมนตัมของนิวคลีออน (โปรตอนหรือนิวตรอน) มีการกระจายไปในควาร์กและกลูออนที่เป็นส่วนประกอบอย่างไร
ในการศึกษาครั้งใหม่นี้ นักฟิสิกส์จาก ATLAS Collaboration ได้ศึกษาการชนกันของไอออนตะกั่วที่เกิดขึ้นที่พลังงานการชนที่ 5.02 เทราอิเล็กตรอนโวลต์ (TeV) ต่อคู่นิวคลีออนระหว่าง Run 2 ของ LHC
พวกเขาสังเกตเห็นการผลิตท็อปควาร์กในช่องไดเลปตัน ซึ่งท็อปควาร์กสลายตัวเป็นควาร์กด้านล่างและโบซอน ซึ่งต่อมาสลายตัวเป็นอิเล็กตรอนหรือมิวออนและนิวตริโนที่เกี่ยวข้องกัน
ผลลัพธ์นี้มีนัยสำคัญทางสถิติที่ค่าเบี่ยงเบนมาตรฐาน 5.0 ทำให้เป็นการสังเกตการณ์ครั้งแรกของการผลิตคู่ท็อปควาร์กในการชนกันระหว่างนิวเคลียสและนิวเคลียส
“เราวัดอัตราการผลิตคู่ท็อปควาร์กหรือภาพตัดขวางด้วยค่าความไม่แน่นอนสัมพัทธ์ที่ 35%” นักฟิสิกส์กล่าว
“ความไม่แน่นอนโดยรวมนั้นได้รับแรงผลักดันจากขนาดชุดข้อมูลเป็นหลัก ซึ่งหมายความว่าข้อมูลไอออนหนักใหม่จากการรัน 3 ที่กำลังดำเนินอยู่จะช่วยเพิ่มความแม่นยำในการวัด”
"ผลลัพธ์ใหม่นี้เป็นการเปิดหน้าต่างสู่การศึกษาพลาสมาควาร์ก-กลูออน" พวกเขากล่าวเสริม
"ในการศึกษาในอนาคต เราจะพิจารณาช่องทางการสลายตัวแบบกึ่งเลปโทนิกของคู่ท็อปควาร์กในการชนของไอออนหนัก ซึ่งอาจทำให้พวกมันได้เห็นวิวัฒนาการของพลาสมาควาร์ก-กลูออนในช่วงเวลาหนึ่ง"
