Внутри Большого адронного коллайдера протоны разгоняются почти до скорости света и сталкиваются лоб в лоб. В точке удара на миг рождается сгусток энергии, из которого могут появиться новые частицы. Одна из самых тяжёлых — топ-кварк. Он тяжелее протона в 180 раз и живёт меньше, чем нужно свету, чтобы пересечь атомное ядро.
Физики из эксперимента ATLAS проанализировали 140 обратных фемтобарн данных — это как если бы столкновения шли непрерывно несколько лет. Они отбирали события, где после удара остались электрон, мюон и струи частиц от b-кварков. Такая комбинация — визитная карточка распада пары топ-кварков.
Частота рождения топ-кварковых пар зависит от массы топ-кварка. Чем тяжелее кварк, тем реже он появляется. Измерив частоту, учёные вычислили массу топ-кварка. Результат совпал с предыдущими измерениями, но с меньшей погрешностью.
Точная масса топ-кварка — не просто число для справочника. От неё зависит, стабилен ли вакуум нашей Вселенной. Если бы топ-кварк был чуть легче, пустое пространство могло бы внезапно перестроиться, и мир исчез бы в пузыре новой фазы. К счастью, измерения показывают: мы в безопасности.
Тот же набор данных позволил измерить, как часто вместе рождаются топ-кварк и W-бозон. Эти процессы редки, но важны: они чувствительны к деталям взаимодействия кварков и могут указать на новые частицы, которые пока не открыты.
Топ-кварк — единственный кварк, который распадается до того, как успеет связаться с другим кварком. Поэтому наблюдать его можно только по следам распада.
В сериале «Теория большого взрыва» герои обсуждают топ-кварки, когда спорят о физике элементарных частиц.