Δύο ομάδες φυσικών ανίχνευσαν την παραγωγή ενός τοπ κουάρκ μόνο του

Πηγή: Science News, 11 Μαρτίου 2009

Δύο ομάδες φυσικών ανέφεραν ότι ανίχνευσαν την παραγωγή ενός μοναχικού τοπ κουάρκ, κάτι που μέχρι τώρα εθεωρείτο αδύνατον γιατί είχαν παρατηρηθεί μόνο σε ζεύγη, όπως και κατά την αρχική του ανακάλυψη πριν 14 χρόνια στον Επιταχυντή Fermi στο Ιλλινόις.

Οι ερευνητές αυτοί χρησιμοποίησαν δύο ανιχνευτές στο Fermilab και οι τεχνικές που χρησιμοποιήθηκαν για να βρουν το μοναχικό τοπ κουάρκ θα μπορούσαν να συμβάλουν στον εντοπισμό κι άλλων σπανίων σωματίδια, όπως είναι το μποζόνιο Higgs.

"Είναι μεγάλη ανακάλυψη, γι αυτό πρέπει να συγχαρούμε τους ερευνητές", σχολίασε ο νομπελίστας David Gross του Ινστιτούτου Kavli για την Θεωρητική Φυσική στο Πανεπιστήμιο Santa Barbara.

Τα κουάρκ είναι θεμελιώδη σωματίδια της ύλης που έρχονται σε έξι ποικιλίες γνωστές και σαν "γεύσεις". Η συνηθισμένη ύλη αποτελείται κυρίως από δύο γεύσεις κουάρκ, τα "πάνω" και τα "κάτω" κουάρκ, που απαρτίζουν τα πρωτόνια και τα νετρόνια. Άλλα κουάρκ βρίσκονται σε εξωτικά υποατομικά σωματίδια ή δημιουργούνται κατά τις συγκρούσεις σωματιδίων υψηλής ενέργειας μέσα σε επιταχυντές. Το τοπ ή κορυφαίο κουάρκ ήταν η τελευταία γεύση που ανακαλύφθηκε πειραματικά, το 1995.

Από τότε, οι δύο ομάδες στο Fermilab, χρησιμοποιώντας τους ανιχνευτές CDF και DZero, έχουν 'χτενίσει' δεδομένα από δισεκατομμύρια επί δισεκατομμυρίων συγκρούσεις μεταξύ των σωματιδίων , αναζητώντας για τα μοναδικά χαρακτηριστικά που θα έδιναν το σήμα ενός ξεχωριστού ή μοναχικού τοπ κουάρκ.

Όμως, μόνο η μία σε κάθε 20 δισεκατομμύρια συγκρούσεις περίπου παράγει ένα μόνο του κορυφαίο κουάρκ, και αυτό το αδύναμο σήμα χάνεται εύκολα ανάμεσα στα υπόλοιπα θραύσματα των σωματιδίων. "Τα ζεύγη των τοπ κουάρκ έχουν πιο χαρακτηριστική υπογραφή από τα μονά κουάρκ, και έτσι είναι πιο εύκολο να τα διακρίνει κάποιος," εξηγεί ο φυσικός Darien Wood, ένας εκπρόσωπος της ομάδας DZero.

Οι δύο ομάδες των φυσικών είχαν ελαφρώς διαφορετικές μεθόδους ανάλυσης των δεδομένων, που επιτρέπει τον υγιή ανταγωνισμό, λέει ο φυσικός Robert Roser, ένας εκπρόσωπος της δεύτερης ομάδας CDF.

Μια πιθανή παρατήρηση ενός ξεχωριστού τοπ κουάρκ κατά το 2007 έδειξε ότι οι επιστήμονες ήταν σε καλό δρόμο. "Ωστόσο, τα αποδεικτικά στοιχεία πρέπει να είναι στέρεα σε κάθε ισχυρισμό ανακάλυψης", λέει ο Jacobo Konigsberg, ένας εκπρόσωπος της ομάδας CDF. "Είναι δε αναγκαία τα πολλά δεδομένα για την αύξηση της στατιστικής σημαντικότητας των δεδομένων μας."

Η εξελιγμένη ανάλυση των δεδομένων που χρησιμοποιείται για να βρεθεί μόνο του το κορυφαίο κουάρκ, θα μπορούσε να βοηθήσει τους επιστήμονες να κάνουν ανάλυση και σε άλλα πειραματικά δεδομένα που προέρχονται από συγκρούσεις άλλων σωματιδίων, λένε οι ερευνητές. "Το τοπ κουάρκ είναι το πρώτο σκαλοπάτι για άλλα άγνωστα σωματίδια, όπως είναι το μποζόνιο Higgs," λέει ο Roser.

Το Higgs είναι ένα υποθετικό σωματίδιο που εδώ και καιρό οι θεωρητικοί πιστεύουν ότι είναι τελείως απαραίτητο για να εφοδιάσει με μάζα άλλα υποατομικα σωματίδια. Η ανακάλυψη του που επιχειρείται να γίνει στο Fermilab αποτελεί επίσης κι έναν στόχο για το μεγάλο επιταχυντή σωματιδίων (Large Hadron Collider), κοντά στη Γενεύη. Η έναρξη των πειραμάτων έχουν προγραμματιστεί να αρχίσουν εντός του τρέχοντος έτους.

"Η επιτυχία της απομόνωσης του τοπ κουάρκ είναι ένα σημάδι ότι η επιστημονική κοινότητα είναι ικανή να πετύχει το τιτάνιο έργο της εξεύρεσης του μποζονίου Higgs," συμπληρώνει ο Gross.