Gli scienziati di Fermilab hanno osservato collisioni di particelle che producono singoli quark top, un risultato di 1 su 20 miliardi. Tale interazione porta alla produzione di coppie di quark top. La produzione di singoli quark top coinvolge la debole forza nucleare ed è più difficile da identificare sperimentalmente. Questa osservazione è avvenuta quasi 14 anni prima della scoperta del quark top nel 1995.
Il Tevatron di Fermilab, situato vicino a Chicago, nell'Illinois, è attualmente il più potente acceleratore di particelle operative al mondo, e la scoperta è stata fatta da scienziati che lavorano insieme su collaborazioni. Gli scienziati affermano che la ricerca di singoli quark top ha significato per la continua ricerca della particella di Higgs.
"L'osservazione della produzione di singoli quark top è una pietra miliare importante per il programma Tevatron", ha affermato il dott. Dennis Kovar, direttore associato dell'Ufficio delle scienze per la fisica delle alte energie presso il Dipartimento dell'energia degli Stati Uniti. "Inoltre, l'analisi altamente sensibile e di successo è un passo importante nella ricerca di Higgs."
La ricerca di una produzione single-top rende facile trovare un ago in un pagliaio. Solo una su ogni 20 miliardi di collisioni protone-antiprotone produce un unico quark top. Ancora peggio, il segnale di questi eventi rari è facilmente imitato da altri processi di "background" che si verificano a velocità molto più elevate.
Scoprire la produzione di quark top single presenta sfide simili alla ricerca del bosone di Higgs nella necessità di estrarre un segnale estremamente piccolo da uno sfondo molto ampio. Tecniche di analisi avanzate, pioniere per il single top discovery, sono ora in uso per la ricerca del bosone di Higgs. Inoltre, i segnali single top e Higgs hanno sfondi in comune e il single top è esso stesso uno sfondo per la particella di Higgs.
Per fare la scoperta single-top, i fisici delle collaborazioni CDF e DZero hanno trascorso anni a pettinarsi in modo indipendente attraverso i risultati delle collisioni protone-antiprotone registrate dai loro esperimenti, rispettivamente.
CDF è un esperimento internazionale di 635 fisici di 63 istituzioni in 15 paesi. DZero è un esperimento internazionale condotto da 600 fisici di 90 istituzioni in 18 paesi.
Ogni team ha identificato diverse migliaia di eventi di collisione che sembravano il modo in cui gli sperimentatori si aspettano che appaiano singoli eventi top. Sofisticate analisi statistiche e modelli dettagliati di sfondo hanno mostrato che alcune centinaia di eventi di collisione hanno prodotto la realtà. Il 4 marzo, i due team hanno presentato i loro risultati indipendenti a Physical Review Letters.
Le due collaborazioni precedenti avevano riportato risultati preliminari sulla ricerca del singolo top. Da allora, gli sperimentatori hanno più che raddoppiato la quantità di dati analizzati e hanno affinato le tecniche di selezione e analisi, rendendo possibile la scoperta. Per ogni esperimento, la probabilità che eventi di fondo abbiano simulato il segnale è ora solo uno su quasi quattro milioni, consentendo a entrambe le collaborazioni di rivendicare una scoperta in buona fede che apre la strada a più scoperte.
"Sono entusiasta del fatto che CDF e DZero abbiano raggiunto questo obiettivo", ha dichiarato Pier Oddone, direttore del Fermilab. "Le due collaborazioni hanno cercato questo raro processo negli ultimi quindici anni, iniziando prima della scoperta del quark top nel 1995. Lo studio di questi processi subatomici in modo più dettagliato potrebbe aprire una finestra sui fenomeni fisici oltre il Modello Standard."
Fonte: Fermilab
