9 de marzo de 2009

Experimentos en el colisionador del Fermilab descubren un raro 'top' quark

Imagen: Fermilab

Los científicos de las colaboraciones CDF y DZero en el Laboratorio del Acelerador Nacional Fermi del Departamento de Energía de los Estados Unidos (Fermilab) han observado colisiones de partículas que producen top quarks aislados. El descubrimiento del top aislado confirma parámetros importantes de la física de partículas, incluyendo el número total de quarks y tiene relevancia para la búsqueda de la partícula de Higgs, que se realiza en el Tevatron del Fermilab, el acelerador de partículas, en operación, más potente del mundo.

Anteriormente, los quarks top sólo habían sido observados cuando eran producidos mediante la fuerza nuclear fuerte. Esta interacción lleva a la producción de pares de quarks top. La producción de quarks top aislados, lo cual involucra a la fuerza nuclear débil y es difícil de observar experimentalmente, ha sido observada ahora, casi 14 años después del descubrimiento del quark top, en 1995.

Buscar la producción de top aislados hace que encontrar una aguja en un pajar parezca fácil. Sólo una entre 20 mil millones de colisiones protón-antiprotón produce un quark top aislado. Aún peor, la señal de estas raras ocurrencias se ve fácilmente mimetizada por otros procesos "de fondo" que ocurren a tasas muy superiores.

"La observación de la producción de quarks top aislados es un hito importante para el programa del Tevatron", dijo el Dr. Dennis Kovar, Director Asociado de la Oficina Científica de Física de Alta Energía en el Departamento de Energía de los Estados Unidos. "Además, el exitoso análisis altamente sensible es un paso importante en la búsqueda del Higgs".

Descubrir la producción de quarks top aislados presenta un reto similar al de la búsqueda del bosón de Higgs en la necesidad de extraer una señal extremadamente pequeña de un fondo muy grande. Las técnicas avanzadas de análisis desarrolladas para el descubrimiento del top aislado están ahora usándose para la búsqueda del bosón de Higgs. Además, las señales del top aislado y del Higgs tienen fondos en común, y el top aislado es, en sí mismo, un fondo para la partícula de Higgs.

Para realizar el descubrimiento del top aislado, los físicos de las colaboraciones CDF y DZero pasaron años peinando de forma independiente resultados de las colisiones de protones y antiprotones registradas en sus respectivos experimentos. Cada equipo identificó varios miles de eventos de colisión que parecían tener la forma que los experimentadores esperaban para la aparición de los top aislados. Un sofisticado análisis estadístico y un detallado modelado del fondo demostraron que unos cuantos cientos de colisiones produjeron realmente la partícula. El 4 de marzo de 2009, los dos equipos enviaron sus resultados independientes a Physical Review Letters.

Las dos colaboraciones habían informado anteriormente resultados preliminares en la búsqueda del top aislado. Desde entonces, los experimentadores tienen analizados más del doble de datos y han afinado las técnicas de selección y análisis, posibilitando el descubrimiento. Por cada experimento, la probabilidad que los eventos de fondo hayan falseado la señal es ahora de sólo una en casi cuatro millones, permitiendo a ambas colaboraciones reclamar una confiabilidad en el descubrimiento que allana el camino hacia más descubrimientos.

"Estoy entusiasmado porque CDF y DZero hayan alcanzado este objetivo", dijo el Director del Fermilab Pier Oddone. "Las dos colaboraciones han estado buscando este raro proceso durante los últimos quince años, empezando antes del descubrimiento del quark top, en 1995. Investigar estos procesos subatómicos en mayor detalle puede abrir una ventana a los fenómenos físicos más allá del Modelo Estándar".

(jg) (mg)

Más información en:
http://www.fnal.gov/