Pesquisadores do Fermilab anunciam a descoberta do quark top.
O quark top, às vezes também chamado de quark verdade, (símbolo: t) é a mais massiva de todas as partículas elementares observadas. Ele deriva sua massa de seu acoplamento ao bóson de Higgs. Este acoplamento
y
t
{\displaystyle y_{t}}
está muito próximo da unidade; no Modelo Padrão da física de partículas, é o maior (mais forte) acoplamento na escala das interações fracas e acima. O quark top foi descoberto em 1995 pelos experimentos CDF e D no Fermilab.
Como todos os outros quarks, o quark top é um férmion com spin 1/2 e participa de todas as quatro interações fundamentais: gravitação, eletromagnetismo, interações fracas e interações fortes. Tem uma carga elétrica de +2/3 e. Tem uma massa de 172.760,3 GeV/c2, que é próxima da massa do átomo de rênio. A antipartícula do quark top é o antiquark top (símbolo: t, às vezes chamado de antitop quark ou simplesmente antitop), que difere dele apenas pelo fato de algumas de suas propriedades terem igual magnitude, mas sinal oposto.
O quark top interage com glúons da interação forte e é tipicamente produzido em colisores de hádrons por meio dessa interação. No entanto, uma vez produzido, o topo (ou antitop) pode decair apenas através da força fraca. Ele decai para um bóson W e um quark bottom (mais frequentemente), um quark estranho ou, em raras ocasiões, um quark down.
O Modelo Padrão determina que o tempo de vida médio do quark top é de aproximadamente 51025 s. Isso é cerca de um vigésimo da escala de tempo para interações fortes e, portanto, não forma hádrons, dando aos físicos uma oportunidade única de estudar um quark "nu" (todos os outros quarks hadronizam, o que significa que eles se combinam com outros quarks para formar hádrons e podem apenas ser observado como tal).
Como o quark top é tão massivo, suas propriedades permitiram a determinação indireta da massa do bóson de Higgs (veja § Massa e acoplamento ao bóson de Higgs abaixo). Como tal, as propriedades do quark top são extensivamente estudadas como um meio de discriminar entre teorias concorrentes da nova física além do Modelo Padrão. O quark top é o único quark que foi observado diretamente devido ao fato de que decai mais rápido que o tempo de hadronização.
O Fermi National Accelerator Laboratory (Fermilab), localizado nos arredores de Batavia, Illinois, perto de Chicago, é um laboratório nacional do Departamento de Energia dos Estados Unidos especializado em física de partículas de alta energia. Desde 2007, o Fermilab é operado pela Fermi Research Alliance, uma joint venture da Universidade de Chicago, e a Universities Research Association (URA). O Fermilab faz parte do Corredor de Pesquisa e Tecnologia de Illinois.
O Tevatron do Fermilab foi um acelerador de partículas de referência; até a partida em 2008 do Large Hadron Collider (LHC) perto de Genebra, na Suíça, era o acelerador de partículas mais poderoso do mundo, acelerando prótons e antiprótons a energias de 980 GeV e produzindo colisões próton-próton com energias de até 1,96 TeV, o primeiro acelerador a atingir uma energia "tera-elétron-volt". A 3,9 milhas (6,3 km), era o quarto maior acelerador de partículas do mundo em circunferência. Uma de suas realizações mais importantes foi a descoberta do quark top em 1995, anunciada por equipes de pesquisa usando os detectores CDF e DØ do Tevatron. Ele foi desativado em 2011. Desde então, o Injetor Principal do Fermilab, com 3,3 km de circunferência, tem sido o acelerador de partículas mais poderoso do laboratório. A construção do primeiro edifício para o novo acelerador linear PIP-II começou em 2020. O Fermilab hospeda experimentos com neutrinos, como MicroBooNE (Micro Booster Neutrino Experiment), ICARUS (Imaging Cosmic and Rare Underground Signals), NOνA (NuMI Off-Axis νe Aparência) e Muon g-2. Experimentos de neutrinos concluídos incluem MINOS (Main Injector Neutrino Oscillation Search), MINOS+, MiniBooNE e SciBooNE (SciBar Booster Neutrino Experiment), bem como o experimento de alvo fixo SeaQuest. O detector MiniBooNE era uma esfera de 40 pés (12 m) de diâmetro contendo 800 toneladas de óleo mineral revestida com 1.520 detectores de fototubos. Estima-se que 1 milhão de eventos de neutrinos foram registrados a cada ano. O SciBooNE estava no mesmo feixe de neutrinos que o MiniBooNE, mas tinha recursos de rastreamento refinados. O experimento NOνA usa, e o experimento MINOS, o feixe NuMI (Neutrinos at the Main Injector) do Fermilab, que é um feixe intenso de neutrinos que viaja 455 milhas (732 km) através da Terra até a Mina Soudan em Minnesota e o Rio Ash , Minnesota, local do detector NOνA far. Em 2017, o experimento de neutrinos ICARUS foi transferido do CERN para o Fermilab, com planos para começar a operar em 2020. O Fermilab também desenvolve pesquisas em ciência da informação quântica. Fundou o Fermilab Quantum Institute em 2019. Desde 2020, também abriga o centro SQMS (Superconducting Quantum and Materials Science). palestras e simpósios científicos, concertos de música clássica e contemporânea, danças folclóricas e galerias de arte. Normalmente, o local está aberto do amanhecer ao anoitecer para visitantes que apresentem identificação com foto válida, embora esteja temporariamente fechado ao público desde março de 2020 por causa da pandemia de COVID-19.
O asteróide 11998 Fermilab é nomeado em homenagem ao laboratório.