Fermilab zinātnieki ir novērojuši daļiņu sadursmes, kas rada atsevišķus augšējos kvarkus, kas ir 1 no 20 miljardiem. Šī mijiedarbība noved pie augšējo kvarku pāru veidošanās. Atsevišķu augšējo kvarku ražošanā ir vājš kodolspēks, un to ir grūtāk identificēt eksperimentāli. Šis novērojums notika gandrīz 14 gadus līdz dienai, kad 1995. gadā tika atklāti lielākie kvarki.
Fermilab's Tevatron, kas atrodas netālu no Čikāgas, Ilinoisā, šobrīd ir visspēcīgākais pasaulē darbināmais daļiņu paātrinātājs, un šo atklājumu veica zinātnieki, kas strādāja pie sadarbības. Zinātnieki saka, ka atsevišķu augšējo kvarku atrašanai ir nozīme notiekošajā Higsa daļiņu meklējumos.
“Atsevišķas augstākās kvarka ražošanas novērošana ir svarīgs pagrieziena punkts Tevatron programmai,” sacīja Dr. Deniss Kovars, ASV Enerģētikas departamenta Augstās enerģijas fizikas zinātnes biroja asociētais direktors. "Turklāt ļoti jutīgā un veiksmīgā analīze ir svarīgs solis Higsa meklējumos."
Meklējot vienreizēju ražošanu, adatas atrašana siena kaudzē izskatās vienkārša. Tikai viens no katriem 20 miljardiem protonu un protonu sadursmju rada vienu augšējo kvarku. Vēl sliktāk, ka šo reto gadījumu signālu viegli atdarina citi “fona” procesi, kas notiek ar daudz lielāku ātrumu.
Atklājot vienu augstāko kvarku ražošanu, rodas izaicinājumi, kas līdzīgi Higsa bozona meklēšanai, ar vajadzību iegūt ļoti mazu signālu no ļoti liela fona. Mūsdienīgas analīzes metodes, kas tika izmantotas vienīgajam atklājumam, tagad tiek izmantotas Higsa bozona meklējumos. Turklāt atsevišķajam augšdaļai un Higsa signāliem ir kopīgs fons, un pats augšdaļa pati par sevi ir Higsa daļiņas fons.
Lai veiktu vienreizēju atklāšanu, CDF un DZero sadarbības fiziķi pavadīja gadus ķemmējot patstāvīgi, izmantojot attiecīgi protonu un antiprotonu sadursmju rezultātus, kas reģistrēti viņu eksperimentos.
CDF ir starptautisks eksperiments, kurā piedalās 635 fiziķi no 63 institūcijām 15 valstīs. DZero ir starptautisks eksperiments, ko veikuši 600 fiziķi no 90 institūcijām 18 valstīs.
Katra komanda identificēja vairākus tūkstošus sadursmju notikumu, kas izskatījās tā, kā eksperimentētāji sagaida, ka parādīsies atsevišķi labākie notikumi. Sarežģīta statistiskā analīze un detalizēta fona modelēšana parādīja, ka daži simti sadursmju notikumu radīja patieso lietu. 4. martā abas komandas iesniedza savus neatkarīgos rezultātus fiziskās apskates vēstulēs.
Abas iepriekšējās sadarbības grupas bija ziņojušas par provizoriskiem rezultātiem, meklējot vienu topu. Kopš tā laika eksperimentētāji ir vairāk nekā dubultojuši analizēto datu daudzumu un pastiprinājuši atlases un analīzes paņēmienus, padarot atklāšanu iespējamu. Katrā eksperimentā varbūtība, ka fona notikumi ir viltus signālu, tagad ir tikai viens no gandrīz četriem miljoniem, kas abiem sadarbības partneriem ļauj apgalvot par labticīgu atklājumu, kas paver ceļu uz vairāk atklājumiem.
"Esmu gandarīts, ka CDF un DZero sasniedza šo mērķi," sacīja Fermilab direktors Pjērs Oddone. "Abas sadarbības jomas pēdējos piecpadsmit gadus ir meklējušas šo reto procesu, sākot no augstākā kvarka atklāšanas 1995. gadā. Detalizētāk izpētot šos subatomiskos procesus, var atvērt fizikas parādības ārpus standarta modeļa."
Avots: Fermilab
