klicken, um die Datei herunterzuladen

09.3.2009
Experimente am Fermilab Beschleuniger
entdecken seltene einzelne Top-Quarks
- Göttinger Teilchenphysiker beteiligt Die Göttinger Teilchenphysik, die sich seit Oktober 2006 im Aufbau befindet, kann einen
weiteren Erfolg verzeichnen. Wissenschaftler der internationalen CDF und DØ
Kollaborationen am “Fermi National Accelerator Laboratory”, Fermilab, haben Teilchen
Kollisionen beobachtet, in denen einzelne Top-Quarks produziert werden. Die Entdeckung
einzelner Top-Quarks bestätigt wichtige Parameter des Standardmodells der
Elementarteilchenphysik, z.B. die Anzahl der Quarks, und hat eine große Bedeutung für die
laufende Suche nach dem Higgs Teilchen am Tevatron, dem derzeit höchstenergetischen im
Betrieb befindlichen Teilchenbeschleuniger.
Bisher wurden Top-Quarks nur in der Produktion durch die starke Kraft beobachtet. Diese
Wechselwirkung führt zur Produktion von Top-Quark Paaren. Die Produktion einzelner TopQuarks, die durch die schwache Kraft vermittelt wird und experimentell schwieriger zu
identifizieren ist, wurde nun beobachtet, fast genau 14 Jahre nach der Entdeckung des TopQuarks in 1995.
Im Vergleich zur Suche nach der Produktion einzelner Top-Quarks ist die Suche nach der
Nadel im Heuhaufen einfach. Nur eine von 20 Milliarden Proton-Antiproton Kollisionen
erzeugt ein einzelnes Top-Quark. Hinzu kommt, dass das Signal dieser seltenen Ereignisse
leicht durch andere “Untergrund” Prozesse vorgetäuscht werden kann, die in wesentlich
höherer Rate stattfinden.
Die Endeckung der Produktion einzelner Top-Quarks stellt eine Herausforderung dar, die mit
der Suche nach dem Higgs Boson vergleichbar ist, da in beiden Fällen ein extrem kleines
Signal aus einem riesigen Untergrund extrahiert werden muss. Moderne Analysetechniken,
die für die Entdeckung einzelner Top-Quarks entwickelt wurden, werden inzwischen in der
Higgs Boson Suche eingesetzt. Außerdem haben Signale einzelner Top-Quarks bzw. des
Higgs Bosons gemeinsame Untergrund Beiträge, und einzelne Top-Quarks selber stellen
einen Untergrund zur Produktion von Higgs Teilchen dar.
Zur Entdeckung einzelner Top-Quarks haben Physikerinnen und Physiker der internationalen
CDF- und DØ-Kollaborationen unabhängig die Aufzeichungen der Proton-Antiproton
Kollisionen in den jeweiligen Experimenten durchkämmt. Beide Teams haben mehrere
Tausend Kollisionsereignisse identifiziert, die den Erwartungen der Produktion einzelner TopQuarks entsprechen. Ausgefeilte, statistische Analysen und detaillierte Modellierung des
Untergrundes haben gezeigt, dass einige Hundert Kollisionsereignisse das echte Signal
erzeugt haben. Am 4.März 2009 haben beide Teams ihre unabhängigen Ergebnisse an
Physical Review Letters eingereicht.
Die beiden Kollaborationen haben vorher vorläufige Ergebnisse zur Suche nach einzelnen
Top-Quarks berichtet. Seit dem haben die Experimentalphysikerinnen und Physiker die
Datenmenge mehr als verdoppelt und die Ereignisauswahl und die Analysemethoden noch
weiter verfeinert und damit die Entdeckung ermöglicht. Für jedes der beiden Experimente ist
die Wahrscheinlichkeit, dass Untergrund Ereignisse das Signal vorgetäuscht haben, nur noch
1 : 4 Millionen, was typischer Weise in der Wissenschaft als Entdeckung angesehen wird.
Weitere Entdeckung werden in der Zukunft erwartet.
“Ich bin begeistert, dass CDF und DØ dieses Ziel erreicht haben” sagt Fermilab Direktor Pier
Oddone. “Die beide Kollaborationen haben diesen seltenen Prozess in den letzten fünfzehn
Jahren gesucht, also damit schon vor der Entdeckung des Top-Quarks 1995 begonnen. Die
Untersuchung dieser subatomaren Prozesse in weiterem Detail könnte ein Fenster zu Physik
Phänomenen jenseits des Standardmodells öffnen”.
Göttinger Teilchenphysiker am II. Physikalischen Institut sind an dieser Entdeckung beteiligt.
Prof. Dr. Arnulf Quadt hat die Physik Arbeitsgruppe zum Top-Quark im DØ-Experiment
2003-2004 geleitet und war 2004-2005 als stellvertretender Physik-Koordinator von DØ für
die Entwicklung der Suche nach einzelnen Top-Quarks verantwortlich. Dr. Lisa Shabalina hat
in 2007-2008 die Top-Quark Physik Arbeitsgruppe geleitet und die Verfeinerung der jetzt
erfolgreichen Datenanalyse ausgearbeitet.
Kommentare für Editoren:
Fermilab, das “U.S. Department of Energy's Fermi National Accelerator Laboratory” mit Sitz in der Nähe von Chicago, betreibt das Tevatron, den momentan weltweit höchstenergetischen
Teilchenbeschleuniger. Die “Fermi Research Alliance LLC” betreibt Fermilab unter Leitung des DOE.
CDF ist ein internationales Experiment mit 635 PhysikerInnen aus 63 Institutions in 15 Ländern. D0 ist ein international Experiment mit 600 PhysikerInnen aus 90 Instituten in 18 Ländern.
Finanziert werden die CDF und D0 Experimente vom “ DOE's Office of Science”, die “National Science Foundation”, und einer Anzahl internationaler Förderagenturen, unter anderem
durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF).
Die CDF Kollaborations Institute findet man hier: http://www-cdf.fnal.gov/collaboration/index.html
Die D0 Kollaborations Institute findet man hier: http://www-d0.fnal.gov/ib/Institutions.html
Kopien der beiden wissenschaftlichen Publikationen, die an Physical Review Letters eingereicht wurden, sind hier::
http://arxiv.org/PS_cache/arxiv/pdf/0903/0903.0814v1.pdf
http://arxiv.org/PS_cache/arxiv/pdf/0903/0903.0850v1.pdf
InterAction Collaboration media contacts:













Fermilab, USA: Judy Jackson, +1-630-840-3351, [email protected]
CERN, Switzerland: James Gillies, + 41 22 76 74101, [email protected]
TRIUMF, Canada: Tim Meyer, +1-604-222-7674, [email protected]
Institute of High Energy Physics, Beijing, Peoples Republic of China: Tongzhou Xu, + 86 10 88233105, [email protected]
IN2P3-CNRS, France: Alain de Bellefon, + 33 01 44 96 47 51, [email protected]
IRFU CEA-Saclay, France: Yves Sacquin, + 33 01 69 08 60 81, [email protected]
DESY, Hamburg, Germany: Christian Mrotzek, +49 40 8998-1665, [email protected]
INFN, Italy: Vincenzo Napolano, + 39 06 6868162, [email protected]
KEK, Japan: Youhei Morita. + 81 029 8796047, [email protected]
Nikhef, Netherlands: Sijbrand de Jong, +31 6 20403689, [email protected]
Joint Institute for Nuclear Research, Dubna, Russia: Boris Starchenko, + 7 096 221 6 38 24, [email protected]
Science and Technology Facilities Council, United Kingdom: Peter Barratt, + 44 (0) 1793 442025, + 44 (0) 787 602 899 (mobile), [email protected]
Lawrence Berkeley National Laboratory, California, USA: Lynn Yarris, +1-510-486-5375, [email protected]
For more information on the InterAction Collaboration, visit www.interactions.org