لاحظ العلماء في Fermilab اصطدامات الجسيمات التي تنتج كواركات أعلى واحدة ، اكتشاف 1 من 20 مليار. يؤدي هذا التفاعل إلى إنتاج أزواج من الكواركات العلوية. ينطوي إنتاج الكواركات العلوية الفردية على ضعف القوة النووية ويصعب تحديدها تجريبيًا. حدثت هذه الملاحظة ما يقرب من 14 عامًا حتى يوم اكتشاف الكوارك الأعلى في عام 1995.
تيفاترون من فيرميلاب ، الواقعة بالقرب من شيكاغو ، إلينوي هي حاليًا أقوى مسرع للجسيمات العاملة في العالم ، وقد تم اكتشاف هذا الاكتشاف من قبل العلماء الذين يعملون معًا على التعاون. يقول العلماء أن العثور على الكواركات العلوية الفردية له أهمية في البحث المستمر عن جسيم هيجز.
قال الدكتور دينيس كوفار ، المدير المساعد لمكتب العلوم لفيزياء الطاقة العالية في وزارة الطاقة الأمريكية: "إن ملاحظة إنتاج الكوارك العلوي الواحد تعد معلماً هاماً لبرنامج تيفاترون". "علاوة على ذلك ، يعد التحليل عالي الحساسية والناجح خطوة مهمة في البحث عن هيجز."
البحث عن إنتاج أحادي القمة يجعل العثور على إبرة في كومة قش تبدو سهلة. ينتج واحد فقط من كل 20 مليار اصطدام بروتون مضاد للبروتونات عن كوارك علوي واحد. والأسوأ من ذلك أن إشارة هذه الأحداث النادرة يتم تحاكيها بسهولة من خلال عمليات "الخلفية" الأخرى التي تحدث بمعدلات أعلى بكثير.
يمثل اكتشاف إنتاج الكوارك العلوي الفردي تحديات مشابهة لبحث بوزون هيجز في الحاجة إلى استخراج إشارة صغيرة للغاية من خلفية كبيرة جدًا. تقنيات التحليل المتقدمة الرائدة في اكتشاف قمة واحدة تستخدم الآن في البحث عن بوزون هيجز. بالإضافة إلى ذلك ، فإن القمة الواحدة وإشارات هيجز لها خلفيات مشتركة ، والجزء العلوي هو نفسه خلفية لجسيم هيجز.
لتحقيق الاكتشاف الفردي ، قضى علماء الفيزياء في تعاونات CDF و DZero سنوات يمشطون بشكل مستقل من خلال نتائج تصادمات البروتون المضادة للبروتونات التي سجلتها تجاربهم ، على التوالي.
CDF هي تجربة دولية لـ 635 فيزيائي من 63 مؤسسة في 15 دولة. DZero هي تجربة دولية أجراها 600 فيزيائي من 90 مؤسسة في 18 دولة.
حدد كل فريق عدة آلاف من حوادث التصادم التي بدت بالطريقة التي يتوقعها المجربون لظهور أحداث رئيسية واحدة. أظهر التحليل الإحصائي المتطور والنمذجة الخلفية التفصيلية أن بضع مئات من حوادث التصادم أنتجت الشيء الحقيقي. في 4 مارس ، قدم الفريقان نتائجهما المستقلة إلى رسائل المراجعة البدنية.
وقد أفاد التعاونان السابقان عن نتائج أولية في البحث عن القمة المفردة. ومنذ ذلك الحين ، ضاعف المجربون حجم البيانات التي تم تحليلها وشحذوا تقنيات الاختيار والتحليل ، مما جعل الاكتشاف ممكنًا. بالنسبة لكل تجربة ، فإن احتمالية تزييف أحداث الخلفية للإشارة هي الآن واحدة فقط في ما يقرب من أربعة ملايين ، مما يسمح لكلا التعاونين بالمطالبة باكتشاف حسن النية يمهد الطريق لمزيد من الاكتشافات.
قال بير فير أودون ، مدير فيرميلاب: "أشعر بسعادة غامرة لأن CDF و DZero حققوا هذا الهدف". "كان التعاونان يبحثان عن هذه العملية النادرة على مدار الخمسة عشر عامًا الماضية ، بدءًا قبل اكتشاف الكوارك العلوي في عام 1995. قد يفتح التحقيق في هذه العمليات دون الذرية بمزيد من التفاصيل نافذة على الظواهر الفيزيائية خارج النموذج القياسي".
المصدر: Fermilab
