Cientistas do Fermilab observaram colisões de partículas que produzem quarks superiores únicos, uma descoberta de 1 em 20 bilhões. Essa interação leva à produção de pares de quarks superiores. A produção de quarks superiores envolve a força nuclear fraca e é mais difícil de identificar experimentalmente. Esta observação ocorreu quase 14 anos após o dia da principal descoberta de quark em 1995.
O Tevatron do Fermilab, localizado perto de Chicago, Illinois, é atualmente o acelerador operacional de partículas mais poderoso do mundo, e a descoberta foi feita por cientistas trabalhando juntos em colaborações. Os cientistas dizem que encontrar os quarks superiores únicos tem significado para a busca contínua pela partícula de Higgs.
"A observação da produção única de quark superior é um marco importante para o programa Tevatron", disse o Dr. Dennis Kovar, diretor associado do Escritório de Ciência para Física de Alta Energia do Departamento de Energia dos EUA. "Além disso, a análise altamente sensível e bem-sucedida é um passo importante na busca pelo Higgs."
Pesquisando a produção com um único topo, é fácil encontrar uma agulha no palheiro. Apenas uma em cada 20 bilhões de colisões próton-antipróton produz um único quark superior. Pior ainda, o sinal dessas raras ocorrências é facilmente imitado por outros processos "em segundo plano" que ocorrem em taxas muito mais altas.
A descoberta da produção única de quark superior apresenta desafios semelhantes à busca do bóson de Higgs na necessidade de extrair um sinal extremamente pequeno de um fundo muito grande. Técnicas avançadas de análise pioneiras para a descoberta de topo único estão agora em uso na pesquisa do bóson de Higgs. Além disso, o topo único e os sinais de Higgs têm fundos em comum, e o topo único é, em si, um fundo para a partícula de Higgs.
Para fazer a descoberta de topo único, os físicos das colaborações CDF e DZero passaram anos vasculhando de forma independente os resultados das colisões próton-antipróton registradas por seus experimentos, respectivamente.
O CDF é um experimento internacional de 635 físicos de 63 instituições em 15 países. O DZero é um experimento internacional conduzido por 600 físicos de 90 instituições em 18 países.
Cada equipe identificou vários milhares de eventos de colisão com a aparência de que os experimentadores esperam que os eventos principais apareçam. A análise estatística sofisticada e a modelagem detalhada do plano de fundo mostraram que algumas centenas de eventos de colisão produziram o real. Em 4 de março, as duas equipes enviaram seus resultados independentes às Cartas de Revisão Física.
As duas colaborações haviam relatado resultados preliminares na busca pelo topo único. Desde então, os pesquisadores mais do que duplicaram a quantidade de dados analisados e aprimoraram as técnicas de seleção e análise, possibilitando a descoberta. Para cada experimento, a probabilidade de que os eventos em segundo plano tenham falsificado o sinal agora é de apenas um em quase quatro milhões, permitindo que ambas as colaborações reivindiquem uma descoberta de boa-fé que abre caminho para mais descobertas.
"Estou emocionado que o CDF e o DZero tenham alcançado esse objetivo", disse Pier Oddone, diretor do Fermilab. "As duas colaborações têm procurado esse processo raro nos últimos quinze anos, começando antes da descoberta do quark superior em 1995. Investigar esses processos subatômicos em mais detalhes pode abrir uma janela para os fenômenos físicos além do Modelo Padrão".
Fonte: Fermilab
