في عام 2017، اصطدمت البروتونات في مصادم الهادرونات الكبير بطاقة 5.02 تيرا إلكترون فولت. سجل كاشف CMS هذه التصادمات، وبين مليارات الأحداث، بحث الفيزيائيون عن حالة نادرة: نشوء كوارك قمي واحد فقط دون جسيمه المضاد. عادةً، تظهر الكواركات القمية في أزواج — كوارك وكوارك مضاد معًا، مثل وجهي عملة واحدة. لكن في بعض الأحيان، تسمح الطبيعة باستثناء، ويولد وجه واحد فقط.
لالتقاط مثل هذه الحالة، بحث العلماء عن أحداث تحتوي على إلكترون واحد أو ميون واحد وعدة نفاثات جسيمية، واحدة منها تكشف عن أصلها من كوارك b. وبعد تراكم لمعان إشعاعي مقداره 302 بيكوبارن معكوس (وهو ما يشبه حجم البيانات المجمعة)، تمكنوا من قياس احتمال العملية. وتبين أن الكوارك القمي المنفرد يولد بمقطع عرضي قدره 17.6 بيكوبارن، بينما الكوارك القمي المضاد المنفرد يولد بمقطع عرضي قدره 6.6 بيكوبارن فقط. الفرق يقارب ثلاثة أضعاف: فالطبيعة تفضل بوضوح الكواركات على الكواركات المضادة، وهذا تباين معروف منذ زمن طويل ومرتبط ببنية التفاعل الضعيف.
من هذه الأرقام، استخرج الفيزيائيون قيمة تُظهر مدى رغبة الكوارك القمي في المشاركة في الاضمحلالات الضعيفة. كانت النتيجة 0.92 مع هامش خطأ حوالي 0.1. وهذا يتوافق تمامًا مع تنبؤات النموذج القياسي، المحسوبة بدقة عالية. هذا يعني أن كل شيء يسير وفق الخطة حتى الآن، لكن قياسات أكثر دقة عند طاقات أخرى قد تكشف عن اختلافات تشير إلى جسيمات أو قوى جديدة.
رقصة الكوارك القمي المنفرد عند طاقة 5.02 تيرا إلكترون فولت تم تسجيلها الآن لأول مرة. الخطوات التالية هي جمع المزيد من البيانات وطاقات تصادم أخرى للتحقق مما إذا كانت هذه الرقصة تنحرف عن الإيقاع الذي تفرضه النظرية.
كما كتبه المؤلفون، بالإنجليزية arXiv:2603.13592
The single top quark $$t$$-channel production cross section is measured in proton-proton collisions at the CERN LHC at $$\sqrt{s}$$ = 5.02 TeV, using data recorded with the CMS detector in 2017, corresponding to an integrated luminosity of 302 pb$$^{-1}$$, and resulting in the first CMS measurement of the process at that energy. Events with one electron or muon and two or more jets, among which at least one is identified as originating from a b quark fragmentation, are analyzed. The combined cross section of single top quark (tq) and single top antiquark ($$\mathrm{\bar{t}q}$$) production is $$\sigma_{\mathrm{tq+\bar{t}q}}$$ = 25.4$$^{+3.6}_{-3.5}$$ (stat) $$^{+4.2}_{-3.9}$$ (syst) $$\pm$$ 0.5 (lumi) pb. The individual cross sections are measured to be $$\sigma_{\mathrm{tq}}$$ = 17.6$$^{+2.8}_{-2.7}$$ (stat) $$^{+2.6}_{-2.4}$$ (syst) $$\pm$$ 0.3 (lumi) pb and $$\sigma_{\mathrm{\bar{t}q}}$$ = 6.6$$^{+2.4}_{-1.6}$$ (stat) $$^{+2.1}_{-2.5}$$ (syst) $$\pm$$ 0.1 (lumi) pb. Their ratio is measured to be $$\mathcal{R}_{\mathrm{t-ch}}$$ = 2.7$$^{+1.5}_{-0.8}$$ (stat) $$^{+1.3}_{-0.3}$$(syst). The absolute value of the Cabibbo$$-$$Kobayashi$$-$$Maskawa matrix element is found to be $$\lvert f_{\mathrm{LV}}V_\mathrm{tb}\rvert$$ = 0.92 $$\pm$$ 0.09 (exp) $$\pm$$ 0.01 (thy). The measurements are in good agreement with the standard model predictions at next-to-next-to-leading order accuracy in quantum chromodynamics.
الكوارك القمي هو أثقل جسيم أولي معروف: فهو أثقل من ذرة الذهب، على الرغم من أنه ليس له حجم.