Физики в экспериментах на детекторе CDF американского коллайдера «Теватрон» обнаружили странное поведение топ-кварков, возникающих при столкновениях протонов и антипротонов – эти сверхтяжелые кварки более чем в пять раз чаще «предпочитали» лететь вперед по направлению пучка, чем назад, хотя существующая теория не предсказывает такой асимметрии.

Топ-кварк, или истинный (true) кварк, был впервые обнаружен в 1995 году на Теватроне в Национальной ускорительной лаборатории имени Энрико Ферми (штат Иллинойс, США).

Это самый тяжелый кварк, и самая тяжелая из открытых элементарных частиц – его масса составляет около 170 гигаэлектронвольт (1 электронвольт соответствует 1,8 на 10 в минус 36-й степени килограммов). Для сравнения, протон весит 0,938 гигаэлектронвольта, а электрон – 0,511 мегаэлектронвольта.

Как правило, топ-кварки рождаются парами из кварка и анти-кварка и сразу же распадаются на другие частицы.

Прежние измерения на детекторе CDF касались полулептонных распадов пар топ-кварков, при которых один топ-кварк (или топ-антикварк) распадался на электрон (или мюон), нейтрино и прелестный кварк, а другой топ-кварк из пары распадался на три кварка. В ходе этих измерений, результаты которых были опубликованы в декабре 2010 года, была впервые обнаружена асимметрия в поведении топ-кварков. Эти частицы после рождения в три раза чаще, чем предсказывала теория, летели вперед по направлению движения пучка протонов.

Новые измерения касались дилептонных распадов, когда оба топ-кварка распадались на лептоны – электроны или мюоны. Такие события происходят относительно реже: всего 5% возникающих пар топ-кварков распадаются таким образом.

Авторы исследования, опубликованного на сайте Лаборатории имени Ферми, проанализировали более 200 случаев дилептонного распада. Оказалось, что асимметрия в движении частиц в этом случае составляла 42% плюс-минус 16% притом, что существующая физическая теория – Стандартная модель – предсказывает, что показатель должен быть менее 5%.

Таким образом, результаты измерения расходятся с теорией более чем в пять раз.

Хотя полученные данные при этом имеют относительно небольшие статистические отклонения от Стандартной модели, они дают «сильный психологический эффект» и могут заставить ученых начать пересмотр общепринятой теории, отмечает блог Resonaances, посвященного физике элементарных частиц.