Physiker produzieren schwerstes Quark

Dienstag, 10. März 2009, 14:51 • Rubrik Physik.

Zwei internationalen Forschergruppen ist es gelungen, eine wichtige Vorhersage der Teilchenphysik zu bestätigen. Bei ihren Experimenten an einem großen Teilchenbeschleuniger in der Nähe von Chicago konnten sie verfolgen, wie aus der Kollision von Protonen und Antiprotonen einzelne Top-Quarks hervorgingen, die bislang massereichsten Elementarteilchen.

Grafik: CDF Collaboration

Das Top-Quark ist ein Verwandter der “herkömmlichen” Up- und Down-Quarks, die den Grundstoff für Atomkerne liefern. Allerdings vereint es in einem einzigen Teilchen eine Masse, die an die von vollständigen Goldkernen heranreicht. Top-Quarks wurden bereits in den 90er-Jahren erzeugt, bislang jedoch stets paarweise. Nach dem Standardmodell der Physik, das die Elementarteilchen und die zwischen ihnen wirkenden Kräfte beschreibt, sollte auch die Erzeugung einzelner Exemplare möglich sein.

Nach solchen seltenen Ereignissen fahnden mehrere Hundert Wissenschaftler aus aller Welt am Fermi National Accelerator Laboratory. Im dortigen Tevatron-Beschleunigerring werden Protonen und Antiprotonen mit einer Energie von knapp 2 Teraelektronenvolt (TeV) zur Kollision gebracht. Die aus der freigesetzten Energie entstehenden, meist rasch wieder zerfallenden Partikel werden mit großen Detektoren verfolgt. Unter Abermilliarden solcher Kollisionen konnten die Forscher in jahrelanger Arbeit einige Hundert identifizieren, bei der offenbar einzelne Top-Quarks entstanden waren.

Erste Hinweise auf solche, durch die schwache Wechselwirkung vermittelten Ereignisse habe man bereits vor zwei Jahren gefunden, erklärt Ann Heinson von der University of California, Riverside, eine der beteiligten Forscherinnen. Seitdem habe die Datenbasis erheblich erweitert werden können, sodass die Wahrscheinlichkeit, dass man einem trügerischen Hintergrundsignal aufgesessen sei, nun bei eins zu vier Millionen liege. “Wir können daher mit einiger Sicherheit sagen, dass wir erstmals die Erzeugung einzelner Top-Quarks beobachtet haben.”

Forschung: DZero und CDF Collaborations, Fermi National Accelerator Laboratory, Batavia, Illinois

Zur Veröffentlichung eingereicht bei Physical Review Letters; Preprints arXiv:0903.0850 und arXiv:0903.0885

WWW:
Fermi National Accelerator Laboratory
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