Naukowcy z Fermilab zaobserwowali zderzenia cząstek, które wytwarzają pojedyncze kwarki górne, znalezisko 1 na 20 miliardów. Ta interakcja prowadzi do produkcji par najlepszych kwarków. Produkcja pojedynczych górnych kwarków wiąże się ze słabą siłą jądrową i jest trudniejsza do zidentyfikowania eksperymentalnego. Obserwacja ta miała miejsce prawie 14 lat do dnia odkrycia najwyższego kwarka w 1995 r.
Tevatron firmy Fermilab, położony niedaleko Chicago w stanie Illinois, jest obecnie najpotężniejszym działającym akceleratorem cząstek na świecie, a odkrycia dokonali naukowcy pracujący wspólnie nad współpracą. Naukowcy twierdzą, że znalezienie pojedynczych kwarków ma znaczenie dla ciągłych poszukiwań cząstki Higgsa.
„Obserwacja produkcji pojedynczego kwarku jest ważnym kamieniem milowym dla programu Tevatron”, powiedział dr Dennis Kovar, zastępca dyrektora Biura Nauki dla Fizyki Wysokich Energii w Departamencie Energii USA. „Ponadto bardzo czuła i udana analiza jest ważnym krokiem w poszukiwaniu Higgsa.”
Poszukiwanie pojedynczej produkcji ułatwia znalezienie igły w stogu siana. Tylko jedno na 20 miliardów zderzeń proton-antyproton wytwarza jeden górny kwark. Co gorsza, sygnał tych rzadkich zdarzeń jest łatwo naśladować przez inne procesy „tła”, które zachodzą w znacznie szybszym tempie.
Odkrycie produkcji pojedynczego kwarka stanowi wyzwanie podobne do poszukiwania bozonu Higgsa w potrzebie wydobycia bardzo małego sygnału z bardzo dużego tła. Zaawansowane techniki analizy, pionierskie w odkrywaniu pojedynczego wierzchołka, są teraz używane do wyszukiwania bozonów Higgsa. Ponadto pojedyncze wierzchołki i sygnały Higgsa mają wspólne tła, a pojedynczy wierzchołek sam jest tłem dla cząstki Higgsa.
Aby dokonać pojedynczego odkrycia, fizycy współpracujący z CDF i DZero spędzili lata czesając się niezależnie dzięki wynikom zderzeń proton-antyproton zarejestrowanym odpowiednio przez ich eksperymenty.
CDF to międzynarodowy eksperyment z udziałem 635 fizyków z 63 instytucji w 15 krajach. DZero to międzynarodowy eksperyment przeprowadzony przez 600 fizyków z 90 instytucji w 18 krajach.
Każdy zespół zidentyfikował kilka tysięcy zdarzeń kolizyjnych, które wyglądały tak, jak eksperymentatorzy spodziewają się wystąpienia pojedynczych najważniejszych wydarzeń. Zaawansowana analiza statystyczna i szczegółowe modelowanie tła pokazały, że kilkaset zdarzeń kolizyjnych wytworzyło rzeczywistość. 4 marca oba zespoły przedłożyły swoje niezależne wyniki do Physical Review Letters.
Dwie współpracujące wcześniej osoby zgłosiły wstępne wyniki wyszukiwania pojedynczego szczytu. Od tego czasu eksperymentatorzy ponad dwukrotnie podnieśli ilość analizowanych danych oraz zaostrzyli techniki selekcji i analizy, umożliwiając odkrycie. Dla każdego eksperymentu prawdopodobieństwo, że zdarzenia w tle sfałszowały sygnał, wynosi teraz tylko jeden na prawie cztery miliony, co pozwala obu współpracownikom na uzyskanie prawdziwego odkrycia, które toruje drogę do kolejnych odkryć.
„Jestem podekscytowany, że CDF i DZero osiągnęły ten cel”, powiedział dyrektor Fermilab, Pier Oddone. „Dwóch współpracowników szukało tego rzadkiego procesu przez ostatnie piętnaście lat, poczynając od odkrycia najwyższego kwarku w 1995 r. Bardziej szczegółowe badanie tych procesów subatomowych może otworzyć okno na zjawiska fizyki wykraczające poza model standardowy.”
Źródło: Fermilab
