Forskere ved Fermilab har observert partikkelkollisjoner som produserer enkelt toppkvarker, en 1 til 20 milliarder funn. Dette samspillet fører til produksjon av par toppkvarker. Produksjonen av enkle toppkvarker involverer den svake atomkraften og er vanskeligere å identifisere eksperimentelt. Denne observasjonen skjedde nesten 14 år til dagen for toppkvarkfunnet i 1995.
Fermilabs Tevatron, som ligger i nærheten av Chicago, Illinois, er for tiden verdens kraftigste operasjonspartikkelakselerator, og funnet ble gjort av forskere som samarbeidet om samarbeid. Forskere sier at det å finne single toppkvarker har betydning for det pågående søket etter Higgs-partikkelen.
"Observasjon av produksjonen av topp toppkvark er en viktig milepæl for Tevatron-programmet," sier Dr. Dennis Kovar, assisterende direktør for Office of Science for High Energy Physics ved U.S. Department of Energy. "Videre er den svært følsomme og vellykkede analysen et viktig skritt i søket etter Higgs."
Å lete etter topproduksjon gjør det enkelt å finne en nål i en høystakk. Bare en av hver 20 milliarder proton-antiproton-kollisjoner produserer en topp toppkvark. Enda verre blir signalet om disse sjeldne forekomstene lett etterlignet av andre "bakgrunn" -prosesser som forekommer med mye høyere hastigheter.
Å oppdage den eneste toppkvarkproduksjonen gir utfordringer som ligner på Higgs bosonsøk i behovet for å hente ut et ekstremt lite signal fra en veldig stor bakgrunn. Avanserte analyseteknikker som er pioner for en toppoppdagelse, er nå i bruk for Higgs bosonsøk. I tillegg har singeltoppen og Higgs-signalene felles bakgrunn, og singeltoppen er i seg selv en bakgrunn for Higgs-partikkelen.
For å gjøre en toppoppdagelse, brukte fysikere av CDF- og DZero-samarbeidet år med å kamre uavhengig gjennom resultatene av proton-antiproton-kollisjoner registrert av deres eksperimenter.
CDF er et internasjonalt eksperiment av 635 fysikere fra 63 institusjoner i 15 land. DZero er et internasjonalt eksperiment utført av 600 fysikere fra 90 institusjoner i 18 land.
Hvert team identifiserte flere tusen kollisjonshendelser som så ut som eksperimentere forventer at toppopplevelser skal vises. Sofistikert statistisk analyse og detaljert bakgrunnsmodellering viste at noen hundre kollisjonshendelser produserte den virkelige tingen. 4. mars leverte de to lagene sine uavhengige resultater til Physical Review Letters.
De to samarbeidene tidligere hadde rapportert foreløpige resultater på letingen etter singeltoppen. Siden den gang har eksperimentere mer enn doblet mengden data analysert og skjerpet seleksjons- og analyseteknikker, noe som gjør funnet mulig. For hvert eksperiment er sannsynligheten for at bakgrunnshendelser har forfalsket signalet nå bare en av nesten fire millioner, slik at begge samarbeidene kan hevde en god tro funn som baner vei for flere funn.
"Jeg er henrykt over at CDF og DZero oppnådde dette målet," sa Fermilab-direktør Pier Oddone. "De to samarbeidene har søkt etter denne sjeldne prosessen de siste femten årene, og startet før oppdagelsen av toppkvarken i 1995. Å undersøke disse subatomiske prosessene mer detaljert kan åpne et vindu mot fysiske fenomener utover standardmodellen."
Kilde: Fermilab
