Nära Sanningen: Toppkvarken finns!

av Ragnhild Artimo Forum 1994-07, sida 11, 11.05.1994

Nära Sanningen:

TOPPKVARKEN

FINNS!

Ragnhild Artimo

Toppkvarken (tidigare kallad Truth, Sanning] existerar. Forskarna vid Fermilab i Illinois har äntligen fått det första experimentella beviset på att den viktiga sjätte kvarken i partikelfamiljens sista-paret-ut finns. Därmed står den sk. standardmodellen för materiens uppbyggnad stadigt p sex ben.

yhetssändningen i tv 26 april skötte [opp kvarken, Top Quark på någon minut. Det var trots allt många politiker som gjort betydelsefulla uttalanden den dagen.

Men för partikelforskarna hade det tagit trettio år (räknat från kvarkteorins lanserande av de amerikanska fysikerna Murray Gell-Mann och George Zweig) att jaga bevis på att alla tre paren, Up oc Down, Charm och Strange, somt Beauty och, sist och nyckfullast, Truth — eller som det sista paret oftare kallas, Bottom och Top Quark — existerade och kunde identifieras på basen av sin massa.

Top Quark Was Here

Då den internationella forskarstaben vid amerikanska eneridepartementet underställda ermi National Accelerator Laboratory eller Fermilab de 26 april sammankallade forskare och press för att presentera sin upptäckt stod de infö en otacksamma uppgiften att hålla presskonferens för en primadonna som bara ger sig tillkänna genom sin signatur — massan 174 GeV Igigaelektronvoli), vilket gör toppkvarken — till kvarktamiljens tjockis med en “vikt” som en guldatom.

Att det ändå gick ett sus genom världspressen får tillskrivas att världen väntat på den ultraskygga primadonnan sedan hennes partnerpartikel bottenkvarken upptäcktes vid samma labb 1 977 och förebådade hennes ankomst.

Tolv kollisioner

Ingen har sett en Top Quoark. Bara avläst kvarkens signal eller “namnteckning” i Tevatron-acceleratorn i Fermilab. Det är — tills CERN bygger eller inte bygger sin LHC eller

Såhär “producerades” toppkvarken

I Fermilabs accelerator “avlossas” protoner och antiprotoner mot varandra. Up- och

Dawn-kvarkarna som är byggstenar i protonerna frigörs därvid och då dessa kvar kar och antikvarkar kolliderar med varandra frigörs mellanbosoner É detta fall Z bosoner], som i sin tur sönderfaller toppkvarkar och antitoppkva ar, under för utsättning att energinivån är tillräckligt hög. Hela den fascinerande processen där rörelseenergi omvandlas till massa tar några nanosekunder

Large Hadron Collider; beslutet väntas | sommar — den enda acceleratorn i världen som kan åstadkomma tillräckligt hög energi att producera toppkvarkar. Det handlar inte om massproduktion recis: för att åstadkomma de hittills tolv registreringarna av en emitterad toppkvark, har man utfört miljarder — skottavlossningar där protoner och antiprotoner skjuts mot varandra.

I den processen kolliderar de Up- och Down-kvarkar som p.g.a. den extrema accelerafionshastigheten — emitteras från protonerna [i vilka de ingår som gastenar], varvid

Foto: Leif Mäkelä

Ny

Jukka Maalampi bollar med ett stycke av universum — en sten, som får symbolisera den sjätte kvarken Truth eller Top Quork, en viktig byggsten i standardmodellen för materiens uppbyggnad.

b sk. mellanbosoner rigörs som i sin tur sönderfaller i toppkvarkar och antitoppkvarkar, om energinivån varit tillräckligt hög.

Tolv byggstenar

Har man nu, i och med beviset för toppkvarkens = existens, materiens hela byggsats samlad? Inte riktigt, konstaterar Jukka Maalampi, docent vid Helsingfors universitets institufion för teoretisk fysik forskare vid Finlands Akademi, och (tillsammans med Kari Enqvist) författare till den färska komPringrade kosmologiboken yhjästä syntynyt (anmäld i senaste Forum).

— Men bevisen för att toppkvarken — som enligt teoretiska beräkningar emotsetts — verkligen finns, verifierar den sk. standardmodellen för materiens uppbyggnad som fysikerna arbetar med, säger Maalampi. — Och egentlige andlar det om tolv byggstenar, de tolv fundamental. partiklarna: sex kvarkar och sex leptoner, som inom ramen ör den svaga växelverkan bildar tre partikelteam bestående av två kvarkar och två eptoner var. Kvarkarna Up och Down grupperar sig med två leptoner, en elektron och en elektronneutrino, Charm och Strange teamar sig med en myon och en myonneurino, och Bottom och Top Quark skakar hand med tau och tauneutrinon.

I det sistnämnda teamet är också tauneutrinon en verkli oldis: man vet att den finns, men den har de facto aldrig registrerats.

Rubbia bland letarna

Vad som frapperat partikeljägarna, säger Moalampi, är toppkvarkens “enorma” massa jämfört med kvarkfamiljens övriga medlemmar: då part nern Bottom är en spenslig krabat på bara 5 GeV går Top Quark på stöddiga 174 GeV.

Då nobelpristagaren oc f.d. CERN-bossen Carlo Rubbia på 80-talet försökte hitta undflyende Truth/Top Quark, letade han och hans team efter partikeln i energiområdet 40 Gey [som CERN hade kapacitet för), och trodde sig vid ett tillfälle redan ha hittat den skygga partikeln, men sluisatsen visade sig förhastad. Teamet vid Fermilab har de senaste åren fokuserat sig på området under 200 GeV vilket alltså var rätt spår.

Higgs partikel universalnyckel

Hur värdefullt och viktigt beviset för den sjätte kvarkens existens än är, inverkar upptäckten ännu inte på GUT, Grand Unified Theory, som skall summera upp universums och maferiens byggstenar och dynam

IK.

Men toppkvarken är ett viktigt steg. Ett avgörande språng är — om och när det tas — upptäckten av Mliogs partikel som alltjämt gäckartforskarnas ansträngningar. Och kommer att göra det tio år till, minst, menar Jukka Maalampi.

— Higgs partikel är en nyckelfaktor “i den matematiska modellen för materiens upp byggnad och inverkar på de övriga partiklarnas massa. Den” beräknas själv ha en massa — någonstans mellan 100 och I 000 GeY, ett enerpjomrde som i reaktorörhållanden är så “nerlusat” av signaler att Higgs egen signal hittills varit omöjlig att upptäcka.

Det tråkiga är aft utan Higgs håller standardmodellen inte, så det ör angeläget att hitta den.

— Men med nuvarande acceleratorer måste man nästan utgå från att det är omöjligt, konstaterar Maalampi. -— Bästa hoppet härvidlag ger CERNs planerade [HC, som — om beslutet som troligt är tas i sommar — blir klar tidigast år 2003. 11