Ученые из Fermilab наблюдали столкновения частиц, которые производят одиночные верхние кварки, 1 из 20 миллиардов. Это взаимодействие приводит к образованию пар верхних кварков. Производство одиночных верхних кварков связано со слабыми ядерными силами, и их труднее идентифицировать экспериментально. Это наблюдение произошло почти за 14 лет до дня открытия верхнего кварка в 1995 году.
Tevatron Fermilab, расположенный недалеко от Чикаго, штат Иллинойс, в настоящее время является самым мощным в мире ускорителем частиц, и ученые сделали совместную работу над этим открытием. Ученые говорят, что обнаружение одиночных верхних кварков имеет значение для продолжающегося поиска частицы Хиггса.
«Наблюдение за производством однокорпусного кварка является важной вехой для программы Tevatron», - сказал д-р Деннис Ковар, заместитель директора Управления науки по физике высоких энергий Министерства энергетики США. «Кроме того, очень чувствительный и успешный анализ является важным шагом в поиске Хиггса».
Поиск продукции с одним верхом облегчает поиск иголки в стоге сена. Только одно из каждых 20 миллиардов протон-антипротонных столкновений производит один верхний кварк. Хуже того, сигнал об этих редких случаях легко имитируется другими «фоновыми» процессами, которые происходят с гораздо более высокой скоростью.
Обнаружение производства одного верхнего кварка сопряжено с трудностями, подобными поиску бозона Хиггса, в необходимости извлечения чрезвычайно слабого сигнала из очень большого фона. В настоящее время для поиска бозона Хиггса используются методы расширенного анализа, впервые использованные для открытия одной вершины. Кроме того, одиночная вершина и сигналы Хиггса имеют общий фон, а одиночная вершина сама является фоном для частицы Хиггса.
Чтобы сделать открытие одной вершины, физики коллабораций CDF и DZero потратили годы, независимо друг от друга просматривая результаты столкновений протонов с антипротонами, записанные в их экспериментах соответственно.
CDF - международный эксперимент 635 физиков из 63 учреждений в 15 странах. DZero - международный эксперимент, проведенный 600 физиками из 90 учреждений в 18 странах.
Каждая команда определила несколько тысяч событий столкновения, которые выглядели так, как экспериментаторы ожидают появления одиночных главных событий. Сложный статистический анализ и детальное фоновое моделирование показали, что несколько сотен столкновений породили реальные вещи. 4 марта обе команды представили свои независимые результаты в Physical Review Letters.
Два сотрудничества ранее сообщили о предварительных результатах поиска единой вершины. С тех пор экспериментаторы более чем удвоили объем анализируемых данных и усовершенствовали методы отбора и анализа, что сделало возможным открытие. В каждом эксперименте вероятность того, что фоновые события подделали сигнал, теперь составляет лишь одно из почти четырех миллионов, что позволяет обоим сотрудникам претендовать на добросовестное открытие, которое открывает путь к большему количеству открытий.
«Я очень рад, что CDF и DZero достигли этой цели», - сказал директор Fermilab Пьер Оддоне. «Два сотрудника искали этот редкий процесс в течение последних пятнадцати лет, начиная с открытия главного кварка в 1995 году. Более подробное изучение этих субатомных процессов может открыть окно в физические явления за пределами Стандартной модели».
Источник: Фермилаб
