Αναπροσαρμόζεται η μάζα του top quark

Ερευνητές στο Fermilab προσδιόρισαν μια νέα τιμή για τη μάζα του top quark, του «βαρύτερου» από τα έξι γνωστά quarks. Όπως περιγράφεται στο Physical Review Letters το top quark έχει μάζα γύρω στα 174,98 γιγαηλεκτρονιοβόλτ (GeV) με μια συνολική αβεβαιότητα του 0,43%, η πιο ακριβής τιμή που αναφέρεται βασιζόμενη σε μια απλή μέτρηση. Ο προσδιορισμός της μάζας του top quark θεωρείται ένα από τα καλύτερα tests του Καθιερωμένου Προτύπου (standard model) της σωματιδιακής φυσικής, έτσι ακόμη και μια μικρή βελτιστοποίηση της τιμής που μετριέται μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να περιοριστούν ή να απορριφθούν θεωρίες της νέας φυσικής.

Το top quark ανακαλύφθηκε το 1995 από φυσικούς που εργάζονταν στον επιταχυντή σωματίων Tevatron του Fermilab και υπολογίστηκε πως έχει μάζα περίπου 200 φορές μεγαλύτερη από τη μάζα του πρωτονίου. Σύμφωνα με το Καθιερωμένο Πρότυπο η μάζα του μποζόνιου W σχετίζεται με τη μάζα του top quark και του μποζόνιου Higgs, έτσι ακριβείς μετρήσεις αυτών των σωματίων παρείχαν ένα συνεπή τρόπο ελέγχου της υπάρχουσας θεωρίας.

Παρόλο που η λειτουργία του Tevatron σταμάτησε το 2011, ερευνητές του πειράματος D0 κατάφεραν να αναλύσουν ένα μεγάλο σύνολο από δεδομένα που συλλέχθηκαν την προηγούμενη περίοδο, για να προσδιορίσουν μια περισσότερο ακριβή τιμή για τη μάζα του top quark. Τα δεδομένα προέρχονται από συγκρούσεις πρωτονίων-αντιπρωτονίων που παρήγαγαν ζεύγη από top quarks, τα οποία τελικά διασπόνται σε λεπτόνια (όπως ηλεκτρόνια ή μιόνια) και πολλαπλούς «πίδακες» quarks. Όπως και στις προηγούμενες μετρήσεις, οι ερευνητές του πειράματος D0 ανάλυσαν τις ορμές αυτών των λεπτονίων και των πιδάκων για να προσδιορίσουν τη μάζα του top quark. Όμως, αυτή τη φορά, εξέτασαν μεγαλύτερο από διπλάσιο αριθμό των αρχικών συγκρούσεων και εφάρμοσαν νέες προηγμένες μεθόδους ανάλυσης για να μειώσουν τις αβεβαιότητες. Η τιμή που αναφέρουν για τη μάζα του top quark είναι περίπου 1,6 GeV (1%) υψηλότερη από την τρέχουσα τιμή του παγκόσμιου μέσου όρου και-αν και βασίζεται σε μια μέτρηση-έχει παρόμοια αβεβαιότητα.