Forskere på Fermilab har observeret partikelkollisioner, der producerer enkelte topkvarker, en 1 til 20 milliarder fund. Denne interaktion fører til produktion af par top-kvarker. Produktionen af enkelt topkvarker involverer den svage atomkraft og er sværere at identificere eksperimentelt. Denne observation fandt sted næsten 14 år til dagen for den øverste kvark-opdagelse i 1995.
Fermilabs Tevatron, der ligger i nærheden af Chicago, Illinois, er i øjeblikket verdens mest magtfulde driftspartikelaccelerator, og opdagelsen blev gjort af forskere, der arbejdede sammen om samarbejde. Forskere siger, at det at have fundet enkelte topkvarker har betydning for den igangværende søgning efter Higgs-partiklen.
"Iagttagelse af den samlede top-quark-produktion er en vigtig milepæl for Tevatron-programmet," sagde Dr. Dennis Kovar, associeret direktør for kontoret for videnskab for højenergifysik ved U.S.A. Department of Energy. ”Desuden er den meget følsomme og succesrige analyse et vigtigt trin i søgningen efter Higgs.”
Det er let at søge efter en topproduktion, så det er let at finde en nål i en høstak. Kun en ud af hver 20 milliarder proton-antiproton-kollisioner producerer en enkelt top-kvark. Endnu værre er, at signalet om disse sjældne forekomster let efterlignes af andre "baggrund" -processer, der forekommer i langt højere hastigheder.
At opdage den samlede top-quark-produktion giver udfordringer svarende til Higgs boson-søgningen i behovet for at udtrække et ekstremt lille signal fra en meget stor baggrund. Avancerede analyseteknikker, der er banebrydende for opdagelsen af single top, bruges nu til Higgs boson-søgning. Derudover har den enkelte top og Higgs-signalerne fælles baggrunde, og den enkelte top er i sig selv en baggrund for Higgs-partiklen.
For at afsløre single-top-opdagelsen brugte fysikere af CDF- og DZero-samarbejdet år med at kæmpe uafhængigt gennem resultaterne af proton-antiproton-kollisioner, der er registreret ved deres eksperimenter.
CDF er et internationalt eksperiment med 635 fysikere fra 63 institutioner i 15 lande. DZero er et internationalt eksperiment udført af 600 fysikere fra 90 institutioner i 18 lande.
Hvert hold identificerede flere tusinde kollisionsbegivenheder, der så ud som eksperimenternes forventning af, at enkeltstående tophændelser skulle vises. Sofistikeret statistisk analyse og detaljeret baggrundsmodellering viste, at et par hundrede kollisionsbegivenheder producerede den virkelige ting. Den 4. marts indsendte de to hold deres uafhængige resultater til Physical Review Letters.
De to samarbejder tidligere havde rapporteret foreløbige resultater på søgningen efter single top. Siden da har eksperimenterne mere end fordoblet mængden af analyserede data og skærpet udvælgelses- og analyseteknikker, hvilket gør opdagelsen mulig. For hvert eksperiment er sandsynligheden for, at baggrundsbegivenheder har fejket signalet, nu kun en ud af næsten fire millioner, hvilket giver begge samarbejder mulighed for at hævde en god tro, der baner vejen for flere opdagelser.
”Jeg er begejstret for, at CDF og DZero nåede dette mål,” sagde Fermilab-direktør Pier Oddone. "De to samarbejder har søgt efter denne sjældne proces i de sidste femten år, der startede før opdagelsen af det øverste kvark i 1995. Undersøgelse af disse subatomiske processer mere detaljeret kan muligvis åbne et vindue mod fysiske fænomener ud over standardmodellen."
Kilde: Fermilab
