フェルミラボの科学者は、200億分の1の発見である単一のトップクォークを生成する粒子衝突を観察しました。その相互作用により、トップクォークのペアが生成されます。シングルトップクォークの生成には弱い核力が関係し、実験的に特定することは困難です。この観測は、1995年にクォークが発見された日からほぼ14年後に発生しました。
イリノイ州シカゴの近くにあるフェルミラボのテバトロンは、現在世界で最も強力な粒子加速器であり、共同で研究を行っている科学者によって発見されました。科学者たちは、単一のトップクォークを見つけることは、ヒッグス粒子の進行中の探索にとって重要であると言います。
「単一トップクォーク生成の観察は、テバトロンプログラムにとって重要なマイルストーンです」と、米国エネルギー省の高エネルギー物理学科学局の副局長であるデニス・コバール博士は述べた。 「さらに、高感度で成功した分析は、ヒッグスを探す上で重要なステップです。」
シングルトップ製品を検索すると、干し草の山から針を見つけるのが簡単になります。 200億の陽子-反陽子衝突ごとに1つだけが単一のトップクォークを生成します。さらに悪いことに、これらのまれな発生のシグナルは、はるかに高いレートで発生する他の「バックグラウンド」プロセスによって容易に模倣されます。
単一のトップクォーク生成の発見は、非常に大きなバックグラウンドから非常に小さな信号を抽出する必要があるという点で、ヒッグスボソン探索と同様の課題を提示します。シングルトップディスカバリーのために開発された高度な分析手法が、ヒッグス粒子の検索に使用されています。さらに、シングルトップとヒッグス信号には共通の背景があり、シングルトップ自体がヒッグス粒子の背景です。
シングルトップの発見をするために、CDFとDZeroのコラボレーションの物理学者は、それぞれの実験で記録された陽子-反陽子衝突の結果を通して、それぞれ独立して何年も費やしました。
CDFは、15か国63機関の635人の物理学者による国際的な実験です。 DZeroは、18か国の90の機関から600人の物理学者が実施した国際的な実験です。
各チームは、実験者が単一の上位イベントが出現することを期待する方法に見える数千の衝突イベントを特定しました。高度な統計分析と詳細なバックグラウンドモデリングにより、数百の衝突イベントが実際に発生していることがわかりました。 3月4日、2つのチームはそれぞれの結果をフィジカルレビューレターに提出しました。
以前の2つのコラボレーションでは、シングルトップの検索に関する予備的な結果が報告されていました。それ以来、実験者は分析するデータ量を2倍以上に増やし、選択と分析の手法を鋭くし、発見を可能にしました。実験ごとに、バックグラウンドイベントが信号を偽造する可能性はほぼ400万分の1になり、両方のコラボレーションがより多くの発見への道を開く真の発見を主張できるようになりました。
「CDFとDZeroがこの目標を達成したことを嬉しく思います」とFermilabディレクターのPier Oddoneは述べました。 「2つの共同作業は、1995年にトップクォークが発見される前から、過去15年間、このまれなプロセスを模索してきました。これらのサブアトミックプロセスをさらに詳しく調査すると、標準モデルを超えた物理現象への窓が開かれる可能性があります。」
出典：Fermilab
