گروهی از فیزیکدانان دانشگاه تهران به سرپرستی کاظم عزیزی در مجموعهای از مطالعات نظری، امکان تشکیل و ویژگیهای جرمی خانوادهای از هادرونهای فرضی حاوی کوارک تاپ را بررسی کردهاند؛ پژوهشهایی که از سامانههای متشکل از دو و سه کوارک تاپ تا حالتهای دارای یک کوارک تاپ را دربرمیگیرد و میتواند پیشبینیهای نظری لازم برای جستوجوی این حالتهای ناشناخته در شتابدهندههای ذرات را فراهم کند.
به گزارش دیدهبان علم ایران، کوارک تاپ سنگینترین عضو خانواده ششگانه کوارکها و یکی از بنیادیترین ذرات شناختهشده در طبیعت است. جرم این کوارک حدود ۱۷۳ گیگاالکترونولت است، اما ویژگی مهم دیگر آن، طول عمر فوقالعاده کوتاه، در حدود ۵×۱۰⁻²⁵ ثانیه است. همین عمر بسیار کوتاه باعث شده است که امکان تشکیل حالتهای مقید حاوی کوارک تاپ، از جمله «تاپونیوم» (Toponium)، برای دههها یکی از پرسشهای جذاب فیزیک ذرات باشد.
کوارکها معمولاً در قالب ذرات مرکبی موسوم به هادرون مشاهده میشوند؛ برای مثال پروتون و نوترون از کوارکها ساخته شدهاند. با این حال، کوارک تاپ پیش از آنکه معمولاً فرصت هادرونیزهشدن پیدا کند، واپاشی میشود. به همین دلیل، برخلاف کوارکهای سبکتر، تاکنون هیچ هادرون حاوی کوارک تاپ بهصورت تجربی مشاهده نشده است.
با وجود این، مطالعات نظری و برخی نتایج تجربی جدید، بررسی دقیق امکان تشکیل چنین سامانههایی را دوباره به موضوعی قابل توجه در فیزیک ذرات تبدیل کردهاند. گروه پژوهشی کاظم عزیزی نیز در چند مطالعه پیوسته، خانوادههای مختلف این حالتهای فرضی را بررسی کرده است.
از تاپونیوم تا باریون سهتاپی
نخستین مرحله این برنامه پژوهشی با مطالعه زهرا رجبینجار، پژوهشگر پسادکتری، و کاظم عزیزی انجام شد. در این پژوهش، حالتهای شبهاسکالر و برداری تاپونیوم، یعنی سامانه فرضی متشکل از یک کوارک تاپ و یک پادکوارک تاپ، بررسی شدند.
در همین مطالعه، پژوهشگران همچنین امکان وجود باریون فرضی Ωₜₜₜ متشکل از سه کوارک تاپ را بررسی و جرم آن را با استفاده از روشهای نظری فیزیک ذرات محاسبه کردند. این مقاله با عنوان مربوط به مطالعه حالتهای تاپونیوم و باریون سهتاپی در نشریه European Physical Journal C (EPJC) منتشر شده و نسخه پیشانتشار آن نیز با شناسه arXiv:2511.10053 [hep-ph] در دسترس است.
اهمیت این بخش از پژوهش در آن است که Ωₜₜₜ یکی از افراطیترین نمونههای ممکن برای بررسی هادرونهای فوقسنگین به شمار میرود؛ سامانهای که در آن هر سه کوارک سازنده از نوع تاپ هستند.
گام بعدی؛ هادرونهای حاوی دو کوارک تاپ
در مرحله بعد، مرضیه شکاری طوسی، پژوهشگر پسادکتری، و کاظم عزیزی به بررسی باریونهای فرضی حاوی دو کوارک تاپ پرداختند.
در این مطالعه، ویژگیهای جرمی چندین باریون دارای دو کوارک تاپ با استفاده از روشهای نظری فیزیک ذرات مورد بررسی قرار گرفت. از جمله حالتهای مورد مطالعه میتوان به سامانههایی مانند Xiₜₜq و Omegaₜₜq اشاره کرد که در آنها دو کوارک تاپ همراه با یک کوارک دیگر قرار گرفتهاند.
نتایج این پژوهش در نشریه International Journal of Theoretical Physics منتشر شده و نسخه پیشانتشار آن با شناسه arXiv:2601.11985 [hep-ph] در اختیار جامعه علمی قرار گرفته است.
محاسبه جرم طیف گستردهای از هادرونهای یکتاپی
تازهترین مرحله این برنامه پژوهشی به مطالعه هادرونهای فرضی حاوی یک کوارک تاپ اختصاص دارد. این پژوهش با همکاری زهرا رجبینجار، معصومه احمدی، پژوهشگر پسادکتری، و کاظم عزیزی انجام شده است.
پژوهشگران در این مطالعه، طیف گستردهای از حالتهای هادرونی فرضی دارای یک کوارک تاپ، شامل باریونها و مزونهای مختلف، را بررسی و جرم حالتهای مورد نظر را با استفاده از روش قواعد جمع کرومودینامیک کوانتومی یا QCD Sum Rules محاسبه کردهاند.
نتایج این مطالعه در نشریه Annals of Physics منتشر شده و نسخه پیشانتشار آن با شناسه arXiv:2605.00748 [hep-ph] در دسترس پژوهشگران است.
اهمیت این مطالعه در آن است که به جای تمرکز بر یک حالت خاص، مجموعه گستردهای از هادرونهای فرضی یکتاپی را در یک چارچوب نظری واحد بررسی میکند و برای جرم احتمالی این حالتها پیشبینیهایی ارائه میدهد که میتوانند مبنایی برای مطالعات تجربی آینده باشند.
آیا هادرونهای حاوی تاپ واقعاً تشکیل میشوند؟
پاسخ این پرسش هنوز مشخص نیست و یکی از نکات کلیدی این مجموعه مطالعات نیز همین است.
این پژوهشها کشف تجربی هادرون حاوی کوارک تاپ نیستند، بلکه پیشبینیهایی نظری درباره امکان وجود و ویژگیهای این حالتها ارائه میکنند. بنابراین، نتایج آنها را نمیتوان به معنای اثبات تشکیل این ذرات در طبیعت دانست.
محاسبات انجامشده نشان میدهد که برای برخی از حالتهای مورد بررسی، امکان رفتار سستبند (Weakly Bound) یا نزدیک به آستانه را نمیتوان در چارچوب عدمقطعیتهای محاسباتی منتفی دانست. چنین نتیجهای از نظر نظری اهمیت دارد، زیرا میتواند به درک بهتر نحوه عمل برهمکنش قوی در سامانههایی با جرم بسیار زیاد کمک کند.
در واقع، پرسش اصلی این است که آیا برهمکنش قوی میتواند در بازه زمانی بسیار کوتاه عمر کوارک تاپ، شرایط لازم برای ایجاد یک حالت مقید را فراهم کند یا خیر. پاسخ قطعی به این پرسش در نهایت به شواهد تجربی نیاز دارد.
چرا کوارک تاپ اهمیت ویژهای دارد؟
کوارک تاپ نهتنها سنگینترین کوارک شناختهشده است، بلکه به دلیل جرم بسیار زیاد و طول عمر فوقالعاده کوتاهش، آزمایشگاهی منحصربهفرد برای مطالعه برهمکنش قوی و ساختار نظری مدل استاندارد فراهم میکند.
در کوارکهای سبکتر، فرآیند هادرونیزهشدن به تشکیل ذرات مرکبی مانند پروتون، نوترون و مزونها منجر میشود. اما کوارک تاپ با طول عمر بسیار کوتاه خود معمولاً پیش از طی این فرآیند واپاشی میشود. همین تفاوت، امکان وجود حالتهای مقید تاپ را به مسئلهای متفاوت و چالشبرانگیز تبدیل کرده است.
از سوی دیگر، جرم بالای کوارک تاپ باعث میشود این ذره در مقیاسی قرار گیرد که بتوان ویژگیهای آن را با دقت زیادی در چارچوب نظریه میدان کوانتومی بررسی کرد. از این منظر، مطالعه حالتهای فرضی حاوی تاپ میتواند اطلاعاتی درباره رفتار برهمکنش قوی در شرایطی فراهم کند که در هادرونهای معمولی قابل دسترسی نیست.
پیشبینیهایی برای جستوجوهای آینده
یکی از کاربردهای مهم این مطالعات، فراهم کردن پیشبینیهای نظری برای جستوجوی تجربی حالتهای حاوی کوارک تاپ است.
اگر چنین حالتهایی واقعاً تشکیل شوند، شناخت محدوده جرم و سایر ویژگیهای مورد انتظار آنها میتواند به پژوهشگران تجربی در طراحی جستوجوها و شناسایی نشانههای احتمالی این ذرات کمک کند. به گزارش دیدهبان علم ایران از این رو، نتایج این مطالعات میتواند در تحلیل دادههای برخورددهنده بزرگ هادرونی (LHC) و همچنین طراحی مطالعات در شتابدهندههای نسل آینده، از جمله Future Circular Collider (FCC)، مورد استفاده قرار گیرد.
با این حال، این موضوع به معنای آن نیست که وجود این ذرات یا امکان مشاهده آنها در LHC یا FCC اثبات شده است؛ بلکه پیشبینیهای نظری، اهداف و محدودههایی را در اختیار آزمایشگران قرار میدهند که میتوان آنها را در دادههای تجربی مورد آزمون قرار داد.
عزیزی: هدف، فراهم کردن زمینه برای جستوجوی تجربی است
کاظم عزیزی درباره اهمیت این مجموعه مطالعات گفت: «طول عمر بسیار کوتاه کوارک تاپ، همواره یکی از مهمترین چالشها برای امکان تشکیل هادرونهای حاوی این کوارک بوده است. با این حال، نتایج تجربی و نظری اخیر نشان میدهند که بررسی دقیق این سامانهها ضروری است.»
استاد فیزیک دانشگاه تهران افزود: «هدف این پژوهشها ارائه پیشبینیهای نظری دقیق برای خانوادههای مختلف هادرونهای حاوی کوارک تاپ و فراهم کردن زمینه برای جستوجوی تجربی آنها در شتابدهندههای کنونی و آینده است.»
عزیزی با اشاره به کاربرد این پیشبینیها خاطرنشان کرد: «این پیشبینیها میتوانند به جستوجوهای آینده در شتابدهنده LHC کمک کرده و مسیر را برای تحلیلهای حساسیتپذیر در تأسیسات نسلبعدی مانند FCC هموار کنند.»
یک مسیر پژوهشی از سه تا یک کوارک تاپ
مجموعه مطالعات گروه پژوهشی دانشگاه تهران را میتوان یک مسیر منسجم برای بررسی طیف گستردهای از سامانههای هادرونی فرضی حاوی کوارک تاپ دانست؛ مسیری که از مطالعه تاپونیوم و باریون سهتاپی آغاز شده، به باریونهای دارای دو کوارک تاپ رسیده و در تازهترین مرحله، خانواده گستردهتری از هادرونهای دارای یک کوارک تاپ را بررسی کرده است.
این مطالعات البته به معنای کشف یک ذره جدید نیستند؛ اما با ارائه برآوردهای نظری از جرم و ویژگیهای احتمالی این حالتها، میتوانند بخشی از نقشه راه برای آزمودن این ایده در آزمایشهای آینده باشند.
در صورت تأیید تجربی هر یک از این حالتها، مشاهده هادرون حاوی کوارک تاپ میتواند پیامدهای مهمی برای فهم ما از دینامیک برهمکنش قوی، تشکیل حالتهای مقید و مرزهای مدل استاندارد فیزیک ذرات داشته باشد. از این منظر، پژوهشهای نظری انجامشده در دانشگاه تهران نه ادعای کشف این ذرات، بلکه تلاشی برای تعیین این پرسش اساسی دارند که اگر طبیعت چنین حالتهایی را ایجاد کند، آنها را با چه ویژگیهایی باید جستوجو کرد.
مشخصات سه مطالعه
۱. مطالعه تاپونیوم و باریون سهتاپی Ωₜₜₜ
زهرا رجبینجار و کاظم عزیزی
European Physical Journal C (EPJC)
arXiv:2511.10053 [hep-ph]
۲. مطالعه باریونهای فرضی حاوی دو کوارک تاپ
مرضیه شکاری طوسی و کاظم عزیزی
International Journal of Theoretical Physics
arXiv:2601.11985 [hep-ph]
۳. مطالعه هادرونهای فرضی حاوی یک کوارک تاپ
زهرا رجبینجار، معصومه احمدی و کاظم عزیزی
Annals of Physics
arXiv:2605.00748 [hep-ph]
انتهای پیام
* نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخشهای موردنیاز علامتگذاری شدهاند