Znanstvenici iz Fermilaba primijetili su sudare čestica koji proizvode pojedinačne gornje kvarkove, nalaz 1 od 20 milijardi. Ta interakcija dovodi do proizvodnje parova vrhunskih kvarkova. Izrada pojedinačnih vrhunskih kvarkova uključuje slabu nuklearnu silu i teže ih je eksperimentalno identificirati. To se promatranje dogodilo gotovo 14 godina do dana otkrića vrhunskih kvarkova 1995. godine.
Fermilabov Tevatron, smješten blizu Chicaga, Illinois trenutno je najmoćniji akcelerator čestica u svijetu, a otkriće su napravili znanstvenici koji su zajedno radili na suradnji. Znanstvenici kažu da pronalaženje pojedinih vrhunskih kvarkova ima značaj za trajnu potragu za Higgsovom česticom.
„Promatranje proizvodnje pojedinačnih vrhunskih kvarkova važna je prekretnica za program Tevatron“, rekao je dr. Dennis Kovar, pomoćni direktor Ureda za znanost za fiziku visokih energija pri američkom Odjelu za energetiku. "Nadalje, vrlo osjetljiva i uspješna analiza važan je korak u potrazi za Higgovima."
Pretraživanje proizvodnje s jednim vrhom olakšava pronalaženje igle u sijenu. Samo jedan na svakih 20 milijardi sudara protona-antiprotona proizvodi jedan vrhunski kvar. Što je još gore, signal ove rijetke pojave lako se oponaša drugim procesima "pozadine" koji se odvijaju mnogo većom brzinom.
Otkrivanje proizvodnje jednog vrhunskog kvarka predstavlja izazove slične pretraživanju Higgsovog bozona u potrebi za izdvajanjem izuzetno malog signala iz vrlo velike pozadine. Napredne tehnike analize razvijene za jedinstveno vrhunsko otkriće sada se koriste za Higgsovu pretragu bozona. Uz to, jednostruki vrh i Higgsovi signali imaju zajedničku pozadinu, a sam vrh je pozadina za Higgsovu česticu.
Kako bi postigli otkriće s jednim vrhom, fizičari suradnje CDF-a i DZero-a proveli su godine kombinirajući se neovisno o rezultatima sudara protona-antiprotona zabilježenih njihovim eksperimentima.
CDF je međunarodni eksperiment 635 fizičara iz 63 institucije u 15 zemalja. DZero je međunarodni eksperiment koji je provelo 600 fizičara iz 90 institucija u 18 zemalja.
Svaki je tim identificirao nekoliko tisuća sudara koji su izgledali na način na koji eksperimentari očekuju da će se pojaviti pojedinačni vrhunski događaji. Sofisticirana statistička analiza i detaljno modeliranje pozadine pokazali su da je nekoliko stotina događaja sudara stvorilo pravu stvar. 4. ožujka, dva tima su poslala svoje neovisne rezultate u fizičkim preglednim pismima.
Dvije suradnje ranije izvijestile su o preliminarnim rezultatima u potrazi za jedinstvenim vrhom. Od tada, eksperimentatori su više nego udvostručili količinu analiziranih podataka i pooštrili tehnike odabira i analize, što je omogućilo otkriće. Za svaki eksperiment, vjerojatnost da su pozadinski događaji lažirali signal sada je samo jedna od gotovo četiri milijuna, što omogućuje obema suradnjama da tvrde dobronamjerno otkriće koje nam otvara put do više otkrića.
"Oduševljen sam što su CDF i DZero postigli ovaj cilj", rekao je direktor Fermilaba Pier Oddone. "Dvije suradnje u potrazi su za ovim rijetkim procesom posljednjih petnaestak godina, počevši prije otkrića vrhunskog kvarka 1995. godine. Daljnje istraživanje ovih subatomskih procesa može otvoriti prozor fizičkim pojavama izvan Standardnog modela."
Izvor: Fermilab
