Oamenii de știință de la Fermilab au observat coliziuni de particule care produc un singur quark de top, o constatare de 1 în 20 de miliarde. Această interacțiune duce la producerea de perechi de quark-uri de top. Producția de singure quarks de vârf implică forța nucleară slabă și este mai greu de identificat experimental. Această observație a avut loc aproape 14 ani până în ziua descoperirii top-quark-ului în 1995.
Tevatronul lui Fermilab, situat în apropiere de Chicago, Illinois, este în prezent cel mai puternic accelerator de particule din lume, iar descoperirea a fost făcută de oamenii de știință care colaborează la colaborari. Oamenii de știință spun că găsirea unui singur quark de top are o semnificație pentru căutarea continuă a particulei Higgs.
„Observarea producției de un singur quarc de top este o etapă importantă pentru programul Tevatron”, a spus dr. Dennis Kovar, director asociat al Biroului de Știință pentru Fizica Energetică din cadrul Departamentului de Energie al SUA. „Mai mult, analiza extrem de sensibilă și de succes este un pas important în căutarea Higgs.”
Căutarea unei producții de top face ușor să găsești un ac într-un stânac. Doar unul din fiecare 20 de miliarde de coliziuni proton-antiproton produce un singur quark de vârf. Și mai rău, semnalul acestor evenimente rare este ușor imitat de alte procese „de fundal” care apar la viteze mult mai mari.
Descoperirea producției unic de quark de top prezintă provocări similare cu căutarea bosonului Higgs în necesitatea extragerii unui semnal extrem de mic dintr-un fundal foarte mare. Tehnicile de analiză avansată pioniere pentru descoperirea unică de top sunt acum utilizate pentru căutarea bosonului Higgs. În plus, semnalul superior și semnalele Higgs au fundaluri în comun, iar topul unic este el însuși un fundal pentru particula Higgs.
Pentru a face descoperirea single-top, fizicienii colaborărilor CDF și DZero au petrecut ani întregi pieptănându-se independent prin rezultatele coliziunilor proton-antiproton înregistrate prin experimentele lor, respectiv.
CDF este un experiment internațional format din 635 de fizicieni din 63 de instituții din 15 țări. DZero este un experiment internațional realizat de 600 de fizicieni din 90 de instituții din 18 țări.
Fiecare echipă a identificat câteva mii de evenimente de coliziune care arătau modul în care experimentatorii se așteaptă ca evenimentele de top să apară. Analiza statistică sofisticată și modelarea detaliată a fundalului au arătat că câteva sute de evenimente de coliziune au produs realitatea. Pe 4 martie, cele două echipe și-au prezentat rezultatele independente la Physical Review Letters.
Cele două colaborări au raportat anterior rezultate preliminare la căutarea topului unic. De atunci, experimentatorii au mai mult decât dublat cantitatea de date analizate și au clarificat tehnicile de selecție și analiză, făcând posibilă descoperirea. Pentru fiecare experiment, probabilitatea ca evenimentele de fundal să fi falsificat semnalul este acum doar unul din aproape patru milioane, permițând ambelor colaborări să revendice o descoperire de bună credință care deschide calea către mai multe descoperiri.
„Sunt încântat că CDF și DZero au atins acest obiectiv”, a declarat directorul Fermilab, Pier Oddone. „Cele două colaborări au căutat acest proces rar în ultimii cincisprezece ani, începând înainte de descoperirea quark-ului de vârf în 1995. Investigația în detaliu a acestor procese subatomice poate deschide o fereastră asupra fenomenelor fizice dincolo de modelul standard.”
Sursa: Fermilab
