Afbeelding tegoed: Berkeley Lab
In het geval van een verdikking van de plot naarmate het mysterie zich ontvouwt, is het Higgs-deeltje zojuist zwaarder geworden, hoewel het subatomaire deeltje nog niet is gevonden. In een brief aan het wetenschappelijke tijdschrift Nature, gepubliceerd in het nummer van 10 juni 2004, rapporteert een internationale samenwerking van wetenschappers die werkzaam zijn bij de Tevatron-versneller van het Fermi National Accelerator Laboratory (Fermilab) de meest nauwkeurige metingen tot nu toe voor de massa van de top quark? een subatomair deeltje dat is gevonden? en dit vereist een opwaartse herziening voor het lang gepostuleerde maar nog niet ontdekte Higgs-deeltje.
"Aangezien de top-quark-massa die we rapporteren iets hoger is dan eerder gemeten, betekent dit dat de meest waarschijnlijke waarde van de Higgs-massa ook hoger is", zegt Ron Madaras, een fysicus bij het Lawrence Berkeley National Laboratory van het Amerikaanse Department of Energy (Berkeley) Lab), die de lokale deelname aan het D-Zero-experiment aan de Tevatron leidt. "De meest waarschijnlijke Higgs-massa is nu verhoogd van 96 naar 117 GeV / c2"? GeV / c2 is een gemeenschappelijke deeltjesfysica-eenheid van massa; de massa van het proton meet ongeveer 1 GeV / c2? "Wat betekent dat het waarschijnlijk buiten de gevoeligheid van huidige experimenten ligt, maar zeer waarschijnlijk zal worden gevonden in toekomstige experimenten bij de Large Hadron Collider die in CERN wordt gebouwd."
Het Higgs-deeltje wordt de ontbrekende schakel genoemd in het standaardmodel van deeltjes en velden, de theorie die sinds de jaren zeventig wordt gebruikt om de fundamentele natuurkunde te verklaren. Vóór 1995 ontbrak ook de top-quark, maar toen konden de experimentele teams die bij de twee grote detectorsystemen van de Tevatron werkten, D-Zero en CDF, deze zelfstandig ontdekken.
Wetenschappers geloven dat het Higgs-deeltje, genoemd naar de Schotse natuurkundige Peter Higgs, die in 1964 voor het eerst theoretiseerde over zijn bestaan, verantwoordelijk is voor deeltjesmassa, de hoeveelheid materie in een deeltje. Volgens de theorie verwerft een deeltje massa door zijn interactie met het Higgs-veld, waarvan wordt aangenomen dat het de hele ruimte doordringt en wordt vergeleken met melasse dat blijft plakken aan elk deeltje dat er doorheen rolt. Het Higgs-veld wordt gedragen door Higgs-bosonen, net zoals het elektromagnetische veld wordt gedragen door fotonen.
"In het standaardmodel is de Higgs-bosonmassa gecorreleerd met de top-quark-massa", zegt Madaras, "dus een verbeterde meting van de top-quark-massa geeft meer informatie over de mogelijke waarde van de Higgs-bosonmassa."
Volgens het standaardmodel waren er aan het begin van het universum zes verschillende soorten quarks. Top-quarks bestaan slechts een moment voordat ze vervallen in een onderste-quark en een W-boson, wat betekent dat die welke bij de geboorte van het universum zijn gemaakt, allang verdwenen zijn. Bij Fermilab's Tevatron, de krachtigste botser ter wereld, leveren botsingen tussen miljarden protonen en antiprotonen echter af en toe een top-quark op. Ondanks hun korte verschijning, kunnen deze top-quarks worden gedetecteerd en gekenmerkt door de D-Zero- en CDF-experimenten.
Bij de aankondiging van de D-Zero-resultaten zei experiment-woordvoerder John Womersley: “Een analysetechniek die ons in staat stelt om meer informatie te halen uit elke top-quark-gebeurtenis die zich voordeed in onze detector, heeft een sterk verbeterde precisie van plus of min 5,3 GeV / c2 opgeleverd de meting van de topmassa, vergeleken met eerdere metingen. De nieuwe meting is vergelijkbaar met de precisie van alle voorgaande massametingen van top quark bij elkaar. Wanneer dit nieuwe resultaat wordt gecombineerd met alle andere metingen van zowel de D-Zero- als CDF-experimenten, wordt het nieuwe wereldgemiddelde voor de topmassa 178,0 plus of min 4,3 GeV / c2. ”
Het D-Zero detectorsysteem bestaat uit een centrale detectordetectie, een hermetische calorimeter voor het meten van energie en een groot muondetectiesysteem met vaste hoek. Berkeley Lab ontwierp en bouwde de twee elektromagnetische eindkapcalorimeters en ook de eerste vertexdetector, het binnenste onderdeel van het volgsysteem. Tracking detectoren vullen calorimeters aan door deeltrajecten te meten. Alleen wanneer traject- en energiemetingen worden gecombineerd, kunnen wetenschappers deeltjes identificeren en karakteriseren.
Hoewel het verhogen van de centrale waarde voor de top-quarkmassa de mogelijkheid lijkt te verkleinen dat het Higgs-deeltje zou kunnen worden ontdekt bij de Tevatron, opent het een bredere deur voor nieuwe ontdekkingen in supersymmetrie, ook bekend als SUSY, een uitbreiding van het standaardmodel dat verenigt deeltjes van kracht en materie door het bestaan van superpartners (ook wel "spartikels" genoemd). Supersymmetrie probeert hiaten op te vullen die zijn achtergelaten door het standaardmodel.
"De huidige massa limieten of grenzen die supersymmetrische deeltjes uitsluiten zijn erg gevoelig voor de top quark massa", zegt Madaras. "Aangezien de massa van de bovenste quark nu hoger is, zijn deze limieten of grenzen niet zo streng, wat de kans op het zien van supersymmetrische deeltjes bij de Tevatron vergroot."
Wetenschappers van bijna 40 Amerikaanse universiteiten en 40 buitenlandse instellingen hebben bijgedragen aan de gegevensanalyse die in de brief aan Nature door de experimentele groep D-Zero is gerapporteerd. Berkeley Lab co-auteurs van de brief naast Madaras waren Mark Strovink, Al Clark, Tom Trippe en Daniel Whiteson.
Fermilab-directeur Michael Witherell zei in een verklaring dat deze resultaten het verhaal van precisiemetingen van de topkwarkmassa niet beëindigen. “De twee botsdetectoren, D-Zero en CDF, nemen grote hoeveelheden gegevens op in Run II van de Tevatron. De CDF-samenwerking heeft onlangs voorlopige nieuwe metingen van de topmassa gerapporteerd op basis van Run II-gegevens. De precisie van het wereldgemiddelde zal verder verbeteren als hun resultaten definitief zijn. Beide experimenten zullen de komende jaren steeds nauwkeurigere metingen van de topkwarkmassa uitvoeren. ”
Fermilab wordt, net als Berkeley Lab, gefinancierd door het Department of Energy? Office of Science. In reactie op de Nature-brief van de D-Zero-groep zei Raymond L. Orbach, directeur van het Office of Science: Deze belangrijke resultaten laten zien hoe onze wetenschappers nieuwe technieken toepassen op bestaande gegevens en nieuwe schattingen produceren voor de massa van het Higgs-deeltje. We wachten reikhalzend uit naar de volgende ronde van resultaten van de enorme hoeveelheden gegevens die vandaag worden gegenereerd op de Fermilab Tevatron.?
Berkeley Lab is een nationaal laboratorium van het Amerikaanse Department of Energy in Berkeley, Californië. Het doet niet-geclassificeerd wetenschappelijk onderzoek en wordt beheerd door de University of California. Fermilab is een nationaal laboratorium dat wordt gefinancierd door het Office of Science van het Amerikaanse Department of Energy, beheerd door Universities Research Association, Inc.
Oorspronkelijke bron: Berkeley Lab News Release
