ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Как был найден последний кварк из "Введение в экспериментальную физику частиц Изд2 " Открытие 6-кварка было воспринято физиками как обнаружение третьего поколения кварков, которое должно обязательно содержать еще один, верхний кварк (заряженный лентой третьего поколения, тау, к этому времени уже давно был открыт). Представление, что существуют три поколения кварков и лептонов, стало одной из основ стандартной модели . [c.199] Однако в физике частиц окончательное решение принадлежит эксперименту. Здесь еще сильнее, чем в политике и бизнесе, действует известный нринцин доверяй, но проверяй . В частности, в эксперименте должны быть проверены даже не вызывающие сомнения и общепринятые представления и теоретические предсказания (яркий пример необходимости следования этому нринцину — открытие СР-несохранения в период всеобщей убежденности, что СР-инвариантность не может нарушаться). [c.199] Однако задача поиска шестого кварка не сводилась лишь к проверке одного из основных положений стандартной модели, после подтверждения которого можно было бы закрыть тему . [c.199] В первых поисках топ-кварка исходили из предположения, что его масса находится где-то в области 10-20 ГэВ (к такой оценке приводила простая экстраполяция отношений масс кварков двух первых поколений). Эксперименты, начатые в конце 70-х годов на е+е -коллайдерах в DES Y и SLA , постепенно повысили нижнюю границу возможной величины mt до 30 ГэВ. Эта граница после ввода в действие более мощных е е -коллайдеров Тристан (Япония), SL ( LQA) и LEP была поднята в начале 90-х годов до 45 ГэВ. [c.200] При поиске t-кварков исходили из ожидаемого различия процессов их образования и конечных состояний распадов в разных областях масс. Учитывалось также, что чем больше масса t-кварков, тем меньше должно быть сечение их рождения. [c.200] К середине 1994 г. на DO подняли нижнюю границу величины rrit до 128 ГэВ. К этому времени уже был получен ряд косвенных оценок mt, основанных прежде всего на анализе параметров Z в рамках электрослабой теории. Согласно этим оценкам 130 210 ГэВ. В том же 1994 г. на DF наблюдали в области масс около 175 ГэВ 12 событий, соответствующих критериям отбора для t-кварков. Однако ожидаемый фон составлял примерно шесть событий, и хотя наиболее вероятной являлась интерпретация полученных данных как наблюдение t-кварка, статистическая обеспеченность результата была недостаточной, чтобы признать его обнаружением искомого кварка. [c.200] Наконец, в феврале 1995 г., в один и тот же день обе группы — DF и DO — направили в печать сообщения о наблюдении тон-кварка. Это произошло спустя более пятнадцати лет после того, как его начали искать, и, как стало ясно после измерения его массы и сечения рождения, но-видимому, это не могло произойти раньше был необходим коллайдер не только с достаточной энергией, но и соответствующей светимости. [c.200] Тэватрон — коллайдер, который до запуска LH останется рекордсменом по энергии ускоренных частиц, — начал работать в 1987 г. Его светимость постоянно повышали, и в 1994 г. опа достигла необходимой для обнаружения тон-кварка величины L = 10 см с . [c.200] Тэватрон, длина которого 6,28 км (R = 1000 м), размещен в кольцевом туннеле, вдоль которого установлено около 800 сверхпроводящих магнитов. [c.200] Универсальный магнитный детектор DF функционирует, постепенно совершенствуясь, с момента запуска тэватропа. Он состоит из центрального детектора и одинаковых переднего и заднего торцевых детекторов. Его общая длина 26 м, вес — 5 ООО т. Центральный детектор весом 2 000 т может выводиться из пучков во вспомогательное помещение для сервисных работ. [c.201] В первоначальной конфигурации DF состоял из следующих элементов, размещенных слоями последовательно от вакуумной камеры к периферии центральной трековой камеры, помещенной в сверхпроводящий солепоидальпый магнит длиной 5 м и диаметром 3 м (в этой камере измерялись имнульсы частиц) электромагнитных и адронных калориметров, составленных из 5 ООО ячеек, служивших для идентификации струй и электронов, а также для измерения недостающей поперечной энергии Ет идентификатора мюонов. [c.201] В дальнейшем неносредственно вокруг вакуумной камеры, где происходили столкновения р- и р-пучков, был размещен кремниевый микро-вершинный детектор, который позволял точно реконструировать треки в плоскости, перпендикулярной пучкам, и предназначался для выявления вторичных вершин от распада Ь- и с-кварков. [c.201] Многоцелевой детектор DO, более компактный, чем DF, был создан через пять лет после него. Основными требованиями к DO нри его создании были падежная идентификация электронов и мюонов и хорошая точность при измерении параметров струй и недостающей поперечной энергии Ет. Основными системами детектора являются немагнитный центральный трекер, калориметр (электромагнитный и адронный) на основе урана и жидкого аргона и мюонный спектрометр. [c.201] Состояния а) трудно отделить от фоновых многоструйных событий, и для поиска t-кварков опи пе использовались. Не рассматривались также состояния б) и в) с образованием в лептонных распадах трудно идентифицируемых г-лентонов. [c.202] Дилептоппые события содержат два противоположно заряженных лен-тона с большим поперечным импульсом рт и две (или более) струи, созданные распадающимися 6-кварками, и имеют большую недостающую поперечную энергию Ет, свидетельствующую об образовании нейтрино. [c.202] Для выделения одного искомого события следовало отфильтровать десятки миллиардов фоновых. Наибольшую часть ненужных событий отсекали многоуровневые триггеры, оставлявшие только события, содержавшие электроны или мюоны с большим рт и имевшие большую недостающую энергию Ет. (Триггер DO включал также в некоторых случаях требование о наличии струй.) Отбор и анализ данных в режиме off line в экспериментах DF и DO несколько различались. [c.202] Здесь будет рассказано только о тех экспериментах, в которых t-кварки были обнаружены. [c.202] Эффективность обнаружения 6-кварков в струях по вторичным вершинам составляла 40 %. Использовался па DF и другой, менее эффективный, метод мечения струй от 6-кварков — по вторичным лептопам от их полу-лептоппых распадов. В тех же процессах лептой -I- струи было найдено 23 события с такой меткой при фоне 15,4 2,0. [c.203] Вернуться к основной статье