***text je tiskovou zprávou Fermiho národní urychlovačové laboratoře, překlad Fyzikální ústav AV/Tiskový odbor AV
Vědci z experimentů CDF a DZero ve Fermiho národní urychlovačové laboratoři, provozované americkým ministerstvem pro energetiku, pozorovali srážky částic s nepárovou produkcí top kvarku, tzv. ,single top kvark‘. Tento objev nepárové produkce top kvarku potvrzuje důležité parametry fyziky částic a je významný i pro pátrání po Higgsově bosonu na fermilabském urychlovači Tevatron, v současnosti největším provozovaném urychlovači částic na světě.
Až dosud byl top kvark pozorován pouze při vzájemném působení mezi sledovanými jevy zprostředkovaném silnou jadernou interakcí. V těchto interakcích top kvark vždy vzniká v párech. Nepárová produkce top kvarku, která je umožněna slabou jadernou interakcí a hůře se experimentálně detekuje, byla pozorována až nyní, téměř 14 let po objevu top kvarku v roce 1995.
Hledání nepárové produkce top kvarku svou obtížností dokonce překonává pověstné hledání jehly v kupce sena. Single top kvark vzniká pouze v jedné z 20 miliard proton antiprotonových srážek. Navíc je signál snadno napodobován jinými procesy, tzv. pozadím, které se vyskytují mnohem častěji.
„Pozorování nepárové produkce top kvarku je důležitým milníkem programu Tevatronu,” řekl Dr. Dennis Kovar, náměstek ředitele Úřadu pro vědu při americkém ministerstvu pro energetiku. „Navíc, velmi citlivá a úspěšná analýza je důležitým krokem při hledání Higgsova bosonu.” ‚
Při objevu nepárové produkce top kvarku bylo nutné čelit výzvám podobným jako při hledání Higgsova bosonu při extrakci velmi slabého signálu z ohromného pozadí. Zdokonalené analyzační metody poprvé použité při objevu single top kvarku se nyní používají právě při hledání Higgsova bosonu. Navíc mají nepárová produkce top kvarku a Higgsův boson společné procesy přispívající do pozadí k jejich signálu a single top kvark sám je pozadím při hledání Higgsovy částice.
Kvůli objevu nepárové produkce top kvarku strávili fyzici z experimentů CDF a DZero roky na sobě nezávislým studiem výsledků proton antiprotonových srážek. Každý z týmů identifikoval několik tisíc případů, které vypadaly tak, jak podle očekávání experimentátorů měl signál z nepárové produkce top kvarku vypadat. Sofistikovaná statistická analýza a podrobné modelování pozadí ukázaly, že několik set případů signál skutečně obsahovalo. Oba týmy pak 4. března 2009 poslaly své nezávisle na sobě získané výsledky do časopisu Physical Review Letters.
Již dříve oba experimenty zveřejnily předběžné výsledky hledání nepárové produkce top kvarku. Od té doby experimentátoři více než zdvojnásobili objem zpracovaných dat, optimalizovali jejich výběr a metody jejich analýzy, což umožnilo tohoto objevu dosáhnout. Pravděpodobnost, že naměřený signál je pouze imitován případy pozadí, dosahuje pro každý z obou experimentů hodnot jedné ku téměř čtyřem milionům, což oběma umožnilo ohlásit objev, který usnadňuje cestu k dalším objevům.
„Jsme nadšeni, že CDF a Dzero tohoto cíle dosáhly,” řekl ředitel Fermilabu Pier Oddone. „Obě kolaborace pátraly po tomto vzácném procesu posledních patnáct let, hledání začalo již před objevem top kvarku v roce 1995. Podrobné zkoumání těchto subatomárních procesů může otevřít okno do světa fyzikálních jevů za standardním modelem.”
