Investigadores del Fermilab anuncian el descubrimiento del quark top.
El quark top, a veces también denominado quark verdad, (símbolo: t) es la más masiva de todas las partículas elementales observadas. Deriva su masa de su acoplamiento con el bosón de Higgs. este acoplamiento
y
t
{\displaystyle y_{t}}
está muy cerca de la unidad; en el modelo estándar de física de partículas, es el acoplamiento más grande (más fuerte) en la escala de las interacciones débiles y superiores. El quark top fue descubierto en 1995 por los experimentos CDF y D en Fermilab.
Como todos los demás quarks, el quark top es un fermión con espín 1/2 y participa en las cuatro interacciones fundamentales: gravitación, electromagnetismo, interacciones débiles e interacciones fuertes. Tiene una carga eléctrica de +2/3 e. Tiene una masa de 172.760,3 GeV/c2, que está cerca de la masa del átomo de renio. La antipartícula del quark top es el antiquark top (símbolo: t, a veces llamado antiquark top o simplemente antitop), que se diferencia de él solo en que algunas de sus propiedades tienen igual magnitud pero signo opuesto.
El quark top interactúa con los gluones de la interacción fuerte y normalmente se produce en los colisionadores de hadrones a través de esta interacción. Sin embargo, una vez producido, la parte superior (o anti-top) puede decaer solo a través de la fuerza débil. Se descompone en un bosón W y en un quark bottom (con mayor frecuencia), un quark extraño o, en las ocasiones más raras, un quark down.
El modelo estándar determina que la vida útil media del quark top es de aproximadamente 51025 s. Esto es aproximadamente una vigésima parte de la escala de tiempo para interacciones fuertes y, por lo tanto, no forma hadrones, lo que brinda a los físicos una oportunidad única para estudiar un quark "desnudo" (todos los demás quarks se hadronizan, lo que significa que se combinan con otros quarks para formar hadrones y pueden sólo se observará como tal).
Debido a que el quark top es tan masivo, sus propiedades permitieron la determinación indirecta de la masa del bosón de Higgs (ver § Masa y acoplamiento con el bosón de Higgs a continuación). Como tal, las propiedades del quark top se estudian ampliamente como un medio para discriminar entre teorías en competencia de la nueva física más allá del modelo estándar. El quark top es el único quark que se ha observado directamente debido a que decae más rápido que el tiempo de hadronización.
El Laboratorio Nacional del Acelerador Fermi (Fermilab), ubicado en las afueras de Batavia, Illinois, cerca de Chicago, es un laboratorio nacional del Departamento de Energía de los Estados Unidos que se especializa en física de partículas de alta energía. Desde 2007, Fermilab ha sido operado por Fermi Research Alliance, una empresa conjunta de la Universidad de Chicago y la Universities Research Association (URA). Fermilab es parte del Corredor de Investigación y Tecnología de Illinois.
El Tevatron de Fermilab fue un acelerador de partículas histórico; hasta la puesta en marcha en 2008 del Gran Colisionador de Hadrones (LHC) cerca de Ginebra, Suiza, fue el acelerador de partículas más potente del mundo, acelerando protones y antiprotones a energías de 980 GeV y produciendo colisiones protón-protón con energías de hasta 1,96 TeV, el primer acelerador en alcanzar una energía de "tera-electrón-voltio". Con 3,9 millas (6,3 km), era el cuarto acelerador de partículas más grande del mundo en circunferencia. Uno de sus logros más importantes fue el descubrimiento en 1995 del quark top, anunciado por equipos de investigación que utilizaron los detectores CDF y DØ de Tevatron. Se cerró en 2011. Desde entonces, el inyector principal de Fermilab, de dos millas (3,3 km) de circunferencia, ha sido el acelerador de partículas más poderoso del laboratorio. La construcción del primer edificio para el nuevo acelerador lineal PIP-II comenzó en 2020. Fermilab alberga experimentos con neutrinos, como MicroBooNE (Micro Booster Neutrino Experiment), ICARUS (Imaging Cosmic and Rare Underground Signals), NOνA (NuMI Off-Axis νe Apariencia) y Muon g-2. Los experimentos de neutrinos completados incluyen MINOS (búsqueda de oscilación de neutrinos del inyector principal), MINOS+, MiniBooNE y SciBooNE (experimento de neutrinos SciBar Booster), así como el experimento de objetivo fijo SeaQuest. El detector MiniBooNE era una esfera de 40 pies (12 m) de diámetro que contenía 800 toneladas de aceite mineral revestida con 1520 detectores de fototubos. Se estima que se registraron 1 millón de eventos de neutrinos cada año. SciBooNE se sentó en el mismo haz de neutrinos que MiniBooNE pero tenía capacidades de seguimiento de grano fino. El experimento NOνA usa, y el experimento MINOS usó, el haz NuMI (neutrinos en el inyector principal) de Fermilab, que es un haz intenso de neutrinos que viaja 455 millas (732 km) a través de la Tierra hasta la mina Soudan en Minnesota y el río Ash. , Minnesota, sitio del detector lejano NOνA. En 2017, el experimento de neutrinos ICARUS se trasladó del CERN a Fermilab, con planes para comenzar a operar en 2020. Fermilab también realiza investigaciones en ciencia de la información cuántica. Fundó el Fermilab Quantum Institute en 2019. Desde 2020, también alberga el centro SQMS (Superconducting Quantum and Materials Science). En el ámbito público, Fermilab alberga un proyecto de restauración de ecosistemas de praderas nativas y alberga muchos eventos culturales: conferencias y simposios de ciencia, conciertos de música clásica y contemporánea, bailes folclóricos y galerías de arte. Por lo general, el sitio está abierto desde el amanecer hasta el anochecer para los visitantes que presenten una identificación con foto válida, aunque ha estado cerrado temporalmente al público desde marzo de 2020 debido a la pandemia de COVID-19.
El asteroide 11998 Fermilab recibe su nombre en honor al laboratorio.