Les scientifiques du Fermilab ont observé des collisions de particules qui produisent des quarks uniques, une découverte de 1 sur 20 milliards. Cette interaction conduit à la production de paires de quarks supérieurs. La production de quarks supérieurs uniques implique la faible force nucléaire et est plus difficile à identifier expérimentalement. Cette observation s'est produite près de 14 ans après la découverte du quark top en 1995.
Le Tevatron du Fermilab, situé près de Chicago, dans l'Illinois, est actuellement l'accélérateur de particules le plus puissant au monde, et la découverte a été faite par des scientifiques travaillant ensemble sur des collaborations. Les scientifiques disent que la recherche de quarks uniques a une signification pour la recherche continue de la particule de Higgs.
«L'observation de la production d'un seul quark top est une étape importante pour le programme Tevatron», a déclaré le Dr Dennis Kovar, directeur associé de l'Office of Science for High Energy Physics du département américain de l'Énergie. "En outre, l'analyse hautement sensible et réussie est une étape importante dans la recherche des Higgs."
La recherche d'une production à un seul sommet facilite la recherche d'une aiguille dans une botte de foin. Une seule collision sur 20 milliards de protons et d'antiprotons produit un seul quark supérieur. Pire encore, le signal de ces événements rares est facilement imité par d'autres processus «d'arrière-plan» qui se produisent à des taux beaucoup plus élevés.
Découvrir la production de quark top unique présente des défis similaires à la recherche de bosons de Higgs dans la nécessité d'extraire un signal extrêmement petit à partir d'un très grand arrière-plan. Des techniques d'analyse avancées mises au point pour la découverte d'un seul sommet sont maintenant utilisées pour la recherche de bosons de Higgs. De plus, le sommet unique et les signaux Higgs ont des arrière-plans en commun, et le sommet unique est lui-même un arrière-plan pour la particule Higgs.
Pour faire la découverte du sommet unique, les physiciens des collaborations CDF et DZero ont passé des années à peigner indépendamment à travers les résultats des collisions proton-antiproton enregistrées par leurs expériences, respectivement.
CDF est une expérience internationale de 635 physiciens de 63 institutions dans 15 pays. DZero est une expérience internationale menée par 600 physiciens de 90 institutions dans 18 pays.
Chaque équipe a identifié plusieurs milliers d'événements de collision qui ressemblaient à la façon dont les expérimentateurs s'attendent à ce que des événements uniques apparaissent. Une analyse statistique sophistiquée et une modélisation détaillée de l'arrière-plan ont montré que quelques centaines d'événements de collision avaient produit la chose réelle. Le 4 mars, les deux équipes ont soumis leurs résultats indépendants à Physical Review Letters.
Les deux collaborations précédentes avaient rapporté des résultats préliminaires sur la recherche du sommet unique. Depuis lors, les expérimentateurs ont plus que doublé la quantité de données analysées et affiné les techniques de sélection et d'analyse, rendant la découverte possible. Pour chaque expérience, la probabilité que des événements d'arrière-plan aient simulé le signal n'est plus que d'une sur quatre millions, ce qui permet aux deux collaborations de revendiquer une découverte de bonne foi qui ouvre la voie à davantage de découvertes.
«Je suis ravi que CDF et DZero aient atteint cet objectif», a déclaré Pier Oddone, directeur du Fermilab. «Les deux collaborations recherchent ce processus rare depuis quinze ans, avant la découverte du quark top en 1995. Une étude plus approfondie de ces processus subatomiques pourrait ouvrir une fenêtre sur les phénomènes physiques au-delà du modèle standard.»
Source: Fermilab
