Fermilabin tutkijat ovat havainneet hiukkaskolaantumisia, jotka tuottavat yhden yläkvarkin, 1 20 miljardista löytöstä. Tämä vuorovaikutus johtaa parempien kvarkkiparien tuotantoon. Yksittäisten kvarkkien tuotantoon liittyy heikko ydinvoima, ja sitä on vaikeampi tunnistaa kokeellisesti. Tämä havainto tapahtui melkein 14 vuoden ajan kvarkin huippututkimuksen päivästä vuonna 1995.
Fermilabin Tevatron, joka sijaitsee lähellä Chicagoa, Illinois, on tällä hetkellä maailman tehokkain hiukkaskiihdytin, ja löytön tekivät tutkijat, jotka työskentelivät yhdessä yhteistyössä. Tutkijoiden mukaan yksittäisten kvarkkien löytämisellä on merkitystä meneillään olevalle Higgs-hiukkasen etsinnälle.
"Yhden kvarkin tuotannon havaitseminen on tärkeä virstanpylväs Tevatron-ohjelmalle", kertoi Yhdysvaltain energiaministeriön korkeaenergiafysiikan tiedetoimiston apulaisjohtaja Dr. Dennis Kovar. "Lisäksi erittäin arkaluonteinen ja onnistunut analyysi on tärkeä askel Higgsin etsinnässä."
Yhden tuotannon haun avulla neulan löytäminen heinäsuovasta näyttää helpoalta. Vain yksi jokaisesta 20 miljardista protoni-antiprotoni-törmäyksestä tuottaa yhden ylimmän kvarkin. Vielä pahempaa, näiden harvinaisten tapahtumien signaali jäljitellään helposti muilla "tausta" -prosesseilla, jotka tapahtuvat paljon nopeammin.
Yhden kvarkin tuotannon löytäminen tuo esiin Higgsin bosonihaun kaltaisia haasteita tarpeessa poimia erittäin pieni signaali erittäin suurelta taustalta. Yhden parhaan löytön edelläkävijöiden edistyneet analyysitekniikat ovat nyt käytössä Higgsin bosonihaussa. Lisäksi yksittäisellä yläosalla ja Higgs-signaaleilla on yhteinen tausta, ja yksittäinen yläosa on itsessään Higgs-hiukkasen tausta.
CDF- ja DZero-yhteistyön fyysikot viettivät yhden huipun löytön vuosia kammatakseen itsenäisesti protonien ja antipronttien välisten törmäysten tulosten kautta, jotka heidän kokeilunsa olivat kirjattaneet.
CDF on kansainvälinen kokeilu, jossa osallistuu 635 fyysikkoa 63 laitoksesta 15 maasta. DZero on kansainvälinen koe, jonka suoritti 600 fyysikkoa 90 laitoksesta 18 maassa.
Jokainen joukkue tunnisti useita tuhansia törmäystapahtumia, jotka näyttivät tapaa, jolla kokeilijat odottavat yksittäisten parhaiden tapahtumien näkyvän. Hienostunut tilastollinen analyysi ja yksityiskohtainen taustamallinnus osoittivat, että muutama sata törmäystapahtumaa tuotti todellisuuden. Molemmat joukkueet lähettivät riippumattoman tuloksensa 4. maaliskuuta Physical Review Letters -korttiin.
Kaksi aiempaa yhteistyötä olivat ilmoittaneet alustavat tulokset yhden kärjen etsinnästä. Sittemmin kokeilijat ovat yli kaksinkertaistaneet analysoidun datan määrän ja terävöittäneet valinta- ja analysointitekniikoita tehden löytöstä mahdollisen. Jokaisessa kokeessa todennäköisyys, että taustatapahtumat ovat väärentäneet signaalin, on nyt vain yksi neljästä miljoonasta, jolloin molemmat yhteistyöt voivat vaatia vilpitöntä löytöä, joka tasoittaa tietä useammalle löytölle.
"Olen innoissani siitä, että CDF ja DZero saavuttivat tämän tavoitteen", sanoi Fermilabin johtaja Pier Oddone. "Molemmat yhteistyöt ovat etsineet tätä harvinaista prosessia viimeisen viidentoista vuoden ajan, alkaen ennen huippukvarkin löytämistä vuonna 1995. Näiden alaatomisten prosessien yksityiskohtaisempi tutkiminen voi avata ikkunan fysiikan ilmiöihin standardimallin ulkopuolella."
Lähde: Fermilab
