นักวิทยาศาสตร์ที่ Fermilab ได้สังเกตการชนกันของอนุภาคที่ผลิตควาร์กเดี่ยวหนึ่งใน 1 ใน 20 พันล้านการค้นพบ ปฏิสัมพันธ์นั้นนำไปสู่การผลิตคู่ควาร์กชั้นนำ การผลิตควาร์กเดี่ยวชั้นนำนั้นเกี่ยวข้องกับพลังงานนิวเคลียร์ที่อ่อนแอและยากต่อการระบุการทดลอง การสังเกตนี้เกิดขึ้นเกือบ 14 ปีจนถึงวันที่การค้นพบควาร์กชั้นนำในปี 1995
Tevatron ของ Fermilab ซึ่งตั้งอยู่ใกล้กับเมืองชิคาโกรัฐอิลลินอยส์ปัจจุบันเป็นเครื่องเร่งอนุภาคที่ทรงพลังที่สุดในโลกและการค้นพบนี้ทำขึ้นโดยนักวิทยาศาสตร์ที่ทำงานร่วมกันในการร่วมมือกัน นักวิทยาศาสตร์กล่าวว่าการค้นหาควาร์กเดี่ยวมีความสำคัญสำหรับการค้นหาอนุภาคฮิกส์อย่างต่อเนื่อง
ดร. เดนนิสโควาร์รองผู้อำนวยการสำนักงานวิทยาศาสตร์สำหรับฟิสิกส์พลังงานสูงที่กระทรวงพลังงานของสหรัฐอเมริกากล่าวว่า“ การสังเกตการผลิตควอร์กเดี่ยวเป็นขั้นตอนสำคัญสำหรับโปรแกรม Tevatron “ นอกจากนี้การวิเคราะห์ที่อ่อนไหวและประสบความสำเร็จเป็นขั้นตอนสำคัญในการค้นหาฮิกส์”
การค้นหาการผลิตชั้นเดียวทำให้การหาเข็มในกองหญ้านั้นดูง่าย การชนกันของโปรตอน - แอนติโปรตรอนเพียงหนึ่งครั้งในทุก ๆ 20 พันล้านครั้งสร้างควาร์กเดียว ยิ่งแย่ไปกว่านั้นสัญญาณของสิ่งที่เกิดขึ้นได้ยากเหล่านี้ถูกเลียนแบบได้ง่าย ๆ โดยกระบวนการ "พื้นหลัง" อื่น ๆ ที่เกิดขึ้นในอัตราที่สูงขึ้นมาก
การค้นพบการผลิตควอร์กเดี่ยวนำเสนอความท้าทายคล้ายกับการค้นหา Higgs boson ในความต้องการสกัดสัญญาณขนาดเล็กมากจากพื้นหลังขนาดใหญ่มาก เทคนิคการวิเคราะห์ขั้นสูงซึ่งเป็นผู้บุกเบิกการค้นพบชั้นนำเดี่ยวได้ถูกนำมาใช้สำหรับการค้นหา Higgs boson นอกจากนี้ด้านบนเดียวและสัญญาณ Higgs มีพื้นหลังเหมือนกันและด้านบนเดียวเป็นพื้นหลังสำหรับอนุภาค Higgs
ในการค้นพบครั้งเดียวนักฟิสิกส์ของความร่วมมือ CDF และ DZero ใช้เวลาหลายปีในการรวมตัวกันอย่างอิสระผ่านผลลัพธ์ของการชนกันของโปรตอน - แอนติโปรตรอนซึ่งบันทึกโดยการทดลองตามลำดับ
CDF เป็นการทดลองระหว่างประเทศของนักฟิสิกส์ 635 คนจาก 63 สถาบันใน 15 ประเทศ DZero เป็นการทดลองระดับนานาชาติที่ดำเนินการโดยนักฟิสิกส์ 600 คนจาก 90 สถาบันใน 18 ประเทศ
แต่ละทีมระบุเหตุการณ์การชนกันหลายพันเหตุการณ์ซึ่งเป็นวิธีที่ผู้ทดสอบคาดหวังว่าจะมีเหตุการณ์บนสุดเดียวปรากฏ การวิเคราะห์ทางสถิติที่ซับซ้อนและการสร้างแบบจำลองพื้นหลังอย่างละเอียดแสดงให้เห็นว่ามีการชนกันสองสามร้อยเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นจริง ในวันที่ 4 มีนาคมทั้งสองทีมได้ส่งผลการทดสอบอิสระไปยังจดหมายตรวจสอบร่างกาย
ก่อนหน้านี้ความร่วมมือทั้งสองได้รายงานผลเบื้องต้นในการค้นหาอันดับต้น ๆ ตั้งแต่นั้นมาผู้ทดสอบได้เพิ่มปริมาณการวิเคราะห์ข้อมูลและเทคนิคการเลือกและการวิเคราะห์ให้แหลมขึ้นเป็นสองเท่าทำให้การค้นพบเป็นไปได้ สำหรับการทดสอบแต่ละครั้งความน่าจะเป็นที่เหตุการณ์ในเบื้องหลังได้ทำให้สัญญาณเป็นหนึ่งเดียวในเกือบสี่ล้านครั้งทำให้ทั้งสองฝ่ายร่วมมือกันเรียกร้องการค้นพบที่แท้จริงโดยสิ้นเชิงซึ่งเป็นการปูทางไปสู่การค้นพบที่มากขึ้น
“ ฉันตื่นเต้นที่ CDF และ DZero บรรลุเป้าหมายนี้” นายท่าเรือ Oddone ผู้อำนวยการของ Fermilab กล่าว “ ความร่วมมือทั้งสองได้ค้นหากระบวนการที่หายากนี้ในช่วงสิบห้าปีที่ผ่านมาโดยเริ่มก่อนที่จะค้นพบควาร์กชั้นนำในปี 1995 การตรวจสอบกระบวนการย่อยแบบกึ่งลึกเหล่านี้ในรายละเอียดมากขึ้นอาจเปิดหน้าต่างสู่ปรากฏการณ์ทางฟิสิกส์
ที่มา: Fermilab
