Ak si otvoríte podstránku Fermiho národného laboratória, na prvých dvoch stranách nájdete dlhý zoznam veľkej medzinárodnej skupiny fyzikov (medzi nimi aj z Českej republiky), ktorí sú podpísaní pod odborný článok Observation of single top quark production (Pozorovanie vzniku samostatného top kvarku). Ide o jeden z dvoch veľkých medzinárodných tímov spolupracujúcich na experimentoch, nazvaných podľa dvoch detektorov v súčasnosti najvýkonnejšieho urýchľovač a častíc vo Fermiho národnom laboratóriu, známom pod skráteným názvom Fermilab – CDF (Collider Detector at Fermilab) a DZero (DØ).
Obom tímom sa podarilo v záznamoch týchto detektorov Tevatronu, získaných pri nespočetných experimentálnych zrážkach protónov s antiprotónmi jednoznačne dešifrovať signál samostatného top kvarku. Je to ďalší krok na ceste k objavu grálu časticovej fyziky – Higgsovho bozónu.
Kvark t, čiže top kvark bol po prvý krát objavený v roku 1995 práve vo Fermilabe. Doposiaľ experimenty produkovali top kvarky len v pároch, ako prejav pôsobenia silnej jadrovej sily. Až po 14tich rokoch bol po prvý krát jednoznačne detegovaný samostatný top kvark, ktorý vznikol prostredníctvom slabej jadrovej sily. Tento najhmotnejší zo všetkých kvarkov, ktorý je zároveň aj najhmotnejšou experimentmi potvrdenou elementárnou časticou, je totiž oveľa ťažšie v urýchľovačoch polapiteľný a v údajoch z detektorov identifikovateľný. Je to náročnejšie, než povestné hľadanie ihly v kope sena. Štatisticky len jedna z 20 miliárd vzájomných zrážok protónu s antiprotónom vyprodukuje osamotený top kvark. Navyše signál tohto zriedkavého javu sa veľmi podobá iným signálom, ktoré vznikajú v experimente a tvoria pozadie odoziev po krátkej existencii top kvarku. Vydolovať tak extrémne malý signál z oveľa rozsiahlejšieho pozadia si vyžaduje zdokonalené analytické metódy, ktoré boli vyvinuté práve pre tento experiment a budú ďalej rozvíjané pre detekciu Higgsovho bozónu. Obe častice – samostatný top kvark aj Higgsov bozón – majú pri experimentoch pozadie tvorené inými signálmi takmer spoločné. Navyše samostatný top kvark je súčasťou pozadia pre Higgsovu časticu. Preto úspešná detekcia tohto kvarku predstavuje pre Tevatron významný míľnik. Testuje nielen jeho výkon a veľkú detekčnú citlivosť, ale aj odborné skúsenosti vedeckých tímov pri zložitých analýzach, nevyhnutných pri neustálom pátraní po Higgsovom bozóne.
Experimentu predchádzali roky rôznych nezávislých analýz záznamov z mnohých tisícov experimentov so zrážkami protón – antiprotón. Pracovalo na nich vyše 1 200 fyzikov z mnohých krajín sveta (projekty spolupráce CDF a DZero – viď. poznámku pod článkom). Až rokmi zdokonaľované, sofistikovanejšie štatistické analýzy a veľmi detailné modelovanie pozadia pomocou moderných výkonných počítačov odhalili v niekoľkých stovkách zrážok hľadanú časticu. Vďaka všetkým postupným zdokonaleniam sa vedcom podarilo znížiť pravdepodobnosť, že pri analýzach sa signálu pozadia podarí zamaskovať hľadaný signál z top kvarku na pomer jeden k takmer štyrom miliónom. Oba tímy zverejnili svoje nezávislé výsledky v prvom marcovom čísle časopisu Physical Review Letters.
„Som nadšený, že tímy CDF a DZero dosiahli tento cieľ“, priznáva s potešením riaditeľ Fermilabu Pier Oddone. „Oba pátrali po tomto zriedkavom jave celých posledných pätnásť rokov, začínajúc ešte pred objavom top kvarku v roku 1995. Skúmanie týchto subatomárnych procesov do hlbších detailov možno otvorí okno do fyzikálnych javov v pozadí Štandardného modelu.“
Odporúčané články:
Jak se vyznat ve všemožných částicích? Autor: Vladimír Wagner
Tevatron a LHC Autor: Vladimír Wagner
CDF (The Collider Detector at Fermilab) je skratka pre projekt medzinárodnej spolupráce 635 fyzikov zo 63 vedeckých pracovísk v 15tich krajinách. Pre čitateľov zdatnejších v angličtine odporúčame stránku CDF s virtuálnou exkurziou CDF Virtual Tour.
DZero, alebo správne DØ experiment je označenie projektu spolupráce 600 fyzikov z 90tich inštitúcií v 18tich krajinách. DØ je zameraný na detailný výskum interakcie protónov a antiprotónov pri najväčších energiách dosiahnuteľných na Tevatrone vo Fermilabe. Cieľom je intenzívne pátranie po základných subatomárnych stavebných prvkov hmoty.
V Štandardnom modeli časticovej fyziky sú častice hmoty tvorené elementárnymi fermiónmi – kvarkami a leptónmi. Sú zoskupené do troch skupín, takzvaných rodín (generácií). Model dopĺňajú ešte bozóny, častice síl sprostredkujúce fyzikálne interakcie. Zdroj: Wikipedia
Tevatron je kruhový urýchľovač častíc v známom Fermilabe (Fermi National Accelerator Laboratory ) v americkom štáte Illinois. Väčší okruh tohto synchrotrónu má priemer 6,28 km a pomocou magnetického poľa v ňom urýchľujú protóny a antiprotóny na energiu jedného bilióna elektrónvoltov (1 TeV – teraelektrónvolt - 1 x 1012eV, z toho pochádza aj názov tohto urýchľovača častíc). Pri experimentoch dochádza v priebehu jednej sekundy k miliónom vysokoenergetických zrážok protón – antiprotón, čo zvyšuje šancu na nové objavy, ale aj nároky na citlivosť a presnosť dvoch detektorov CDF a DZero. Podľa nich sú pomenované aj dlhodobé projekty širokej medzinárodnej spolupráce fyzikov, zaoberajúcich sa analýzou a interpretáciou výsledkov a prípravou nových experimentov.
Detektor CDF má veľkosť asi trojpodlažnej budovy a hmotnosť asi 6 000 ton.
Detektor DZero. Na pátranie po stopách, ktoré zanechávajú najmenšie stavebné prvky hmoty potrebujeme tie najväčšie prístroje.
Zdroj: Fermilab press
Obrazky: http://www.fnal.gov/pub/presspass/images/Single-Top-Quark-2009.html
AUDIO:
Prednáška Doc. RNDr. Petra Kulhánka, CSc, z FEL ČVU o Štandardnom modeli.
Diskuze:
