Los científicos de Fermilab han observado colisiones de partículas que producen quarks superiores únicos, un hallazgo de 1 en 20 mil millones. Esa interacción conduce a la producción de pares de quarks superiores. La producción de quarks superiores individuales implica la fuerza nuclear débil y es más difícil de identificar experimentalmente. Esta observación ocurrió casi 14 años hasta el día del descubrimiento del quark top en 1995.
El Tevatron de Fermilab, ubicado cerca de Chicago, Illinois, es actualmente el acelerador de partículas operativo más poderoso del mundo, y el descubrimiento fue realizado por científicos que trabajan juntos en colaboraciones. Los científicos dicen que encontrar quarks superiores individuales tiene importancia para la búsqueda continua de la partícula de Higgs.
"La observación de la producción de quark top único es un hito importante para el programa Tevatron", dijo el Dr. Dennis Kovar, Director Asociado de la Oficina de Ciencia para Física de Alta Energía del Departamento de Energía de EE. UU. "Además, el análisis altamente sensible y exitoso es un paso importante en la búsqueda del Higgs".
La búsqueda de producción de una sola tapa hace que encontrar una aguja en un pajar parezca fácil. Solo uno de cada 20 mil millones de colisiones de protones-antiprotones produce un solo quark top. Peor aún, la señal de estos sucesos raros es fácilmente imitada por otros procesos "de fondo" que ocurren a tasas mucho más altas.
Descubrir la producción de quark top único presenta desafíos similares a la búsqueda del bosón de Higgs en la necesidad de extraer una señal extremadamente pequeña de un fondo muy grande. Las técnicas de análisis avanzadas pioneras para el descubrimiento de top único ahora se utilizan para la búsqueda de bosones de Higgs. Además, la parte superior simple y las señales de Higgs tienen fondos en común, y la parte superior simple es en sí misma un fondo para la partícula de Higgs.
Para hacer el descubrimiento de una sola tapa, los físicos de las colaboraciones CDF y DZero pasaron años peinando independientemente a través de los resultados de colisiones protón-antiprotón registradas por sus experimentos, respectivamente.
CDF es un experimento internacional de 635 físicos de 63 instituciones en 15 países. DZero es un experimento internacional realizado por 600 físicos de 90 instituciones en 18 países.
Cada equipo identificó varios miles de eventos de colisión que se veían de la manera en que los experimentadores esperan que aparezcan los mejores eventos individuales. El análisis estadístico sofisticado y el modelado de fondo detallado mostraron que unos pocos cientos de eventos de colisión produjeron la realidad. El 4 de marzo, los dos equipos presentaron sus resultados independientes a Physical Review Letters.
Las dos colaboraciones anteriores habían reportado resultados preliminares en la búsqueda del top único. Desde entonces, los experimentadores han más que duplicado la cantidad de datos analizados y han agudizado las técnicas de selección y análisis, haciendo posible el descubrimiento. Para cada experimento, la probabilidad de que los eventos de fondo hayan falsificado la señal ahora es solo uno en casi cuatro millones, lo que permite que ambas colaboraciones reclamen un descubrimiento de buena fe que allane el camino a más descubrimientos.
"Estoy encantado de que CDF y DZero hayan logrado este objetivo", dijo Pier Oddone, director de Fermilab. "Las dos colaboraciones han estado buscando este proceso raro durante los últimos quince años, comenzando antes del descubrimiento del quark top en 1995. Investigar estos procesos subatómicos con más detalle puede abrir una ventana a los fenómenos físicos más allá del Modelo Estándar".
Fuente: Fermilab.
