1995 wurde zum ersten Mal die Messung des schwersten Quarks, des Top-Quark, verkündet. Zunächst wurde dieses nur in Paaren produziert, doch jetzt konnte von den beiden Fermilab-Kollaborationen CDF und DZero (zwei Experimente am derzeit größten laufenden Teilchenbeschleuniger, dem Tevatron) auch die Beobachtung von Prozessen, in denen nur ein einzelnes Top entsteht, bekannt gegeben werden.
Warum dauerte diese Entdeckung so lange? Der Prozess der zu dieser Entstehung führt ist nur über die schwache Wechselwirkung möglich, im Vergleich zur Paarproduktion, die durch die starke Wechselwirkung vermittelt wird.
Bei der Paarproduktion annihilieren ein Quark und Antiquark zu einem Gluon, das wieder ein Paar von Quark und Antiquark gleichen “Geschmacks” erzeugt, also z.B. Top und Anti-Top.
Schauen wir uns zwei mögliche Kanäle für die Single-Top-Produktion an:
In Fall a) wandeln sich Quark und Antiquark über ein virtuelles Boson der schwachen Wechselwirkung, ein W-Boson, in Top und Anti-Bottom um. Es wird also nur ein einzelnes Top produziert und sein leichterer Kamerad, das (Anti-)Bottom.
Im Fall b) zerlegt sich ein Quark eines Bottom-Anti-Bottom-Paares wieder zu Eichboson plus Einzel-Top.
Die Produktionsraten für Produkte aus der schwachen Wechselwirkung sind sehr gering im Vergleich zu den anderen Kräften. Sämtliche solche Prozesse werden nur aus den Zerfallsprodukten detektiert werden, daher sind sie auch durch häufigere, ähnlich aussehende Prozesse überlagert.
Daher musste man erst jede Menge Prozesse sammeln, daraus interessante Fälle selektieren und die wirklichen Top-Produktionen aus dem Hintergrund ähnlicher Prozesse trennen. Und erst wenn man daraus eine hinreichende Statistik, also genug Fälle, gezählt hat kann man sicher den Fund veröffentlichen.
Bereits 2007 wurden die ersten Hinweise bekannt gegeben, aber jetzt ist die offizielle Bekanntgabe und das Ergebnis an PRL eingereicht (siehe eines der Preprints in den Quellen). Die beiden Kollaborationen arbeiteten jeweils unabhängig, haben jetzt aber gemeinsam das Ziel erreicht und bestätitgen sich durch die unabhängige Erarbeitung gegenseitig.
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