Исследователи Фермилаб объявили об открытии топ-кварка.
Топ-кварк, иногда также называемый кварком истины (обозначение: t), является самой массивной из всех наблюдаемых элементарных частиц. Он получает свою массу из-за связи с бозоном Хиггса. Это соединение
у
т
{\ Displaystyle у_ {т}}
очень близко к единице; в Стандартной модели физики элементарных частиц это самая большая (самая сильная) связь в масштабе слабых взаимодействий и выше. Топ-кварк был открыт в 1995 году в ходе экспериментов CDF и D в лаборатории Ферми.
Как и все другие кварки, топ-кварк является фермионом со спином 1/2 и участвует во всех четырех фундаментальных взаимодействиях: гравитации, электромагнетизме, слабых взаимодействиях и сильных взаимодействиях. Он имеет электрический заряд +2/3 эл. Он имеет массу 172,760,3 ГэВ/c2, что близко к массе атома рения. Античастицей топ-кварка является топ-антикварк (символ: t, иногда называемый антитоп-кварком или просто антитопом), который отличается от него только тем, что некоторые его свойства имеют одинаковую величину, но противоположный знак.
Топ-кварк взаимодействует с глюонами сильного взаимодействия и обычно образуется в адронных коллайдерах посредством этого взаимодействия. Однако однажды образовавшись, волчок (или антитоп) может распасться только под действием слабого взаимодействия. Он распадается на W-бозон и либо на нижний кварк (чаще всего), либо на странный кварк, либо, в самых редких случаях, на нижний кварк.
Стандартная модель определяет среднее время жизни топ-кварка примерно как 51025 с. Это примерно двадцатая часть шкалы времени сильных взаимодействий, поэтому адроны не образуются, что дает физикам уникальную возможность изучать «голый» кварк (все остальные кварки адронизуются, т. е. объединяются с другими кварками, образуя адроны, и могут наблюдаться только как таковая).
Поскольку топ-кварк настолько массивен, его свойства позволили косвенно определить массу бозона Хиггса (см. § Масса и связь с бозоном Хиггса ниже). Таким образом, свойства топ-кварка широко изучаются как средство различения конкурирующих теорий новой физики за пределами Стандартной модели. Топ-кварк — единственный кварк, который наблюдался непосредственно из-за того, что он распадается быстрее, чем время адронизации.
Национальная ускорительная лаборатория Ферми (Fermilab), расположенная недалеко от Батавии, штат Иллинойс, недалеко от Чикаго, является национальной лабораторией Министерства энергетики США, специализирующейся на физике частиц высоких энергий. С 2007 года Fermilab управляется Fermi Research Alliance, совместным предприятием Чикагского университета и Ассоциации университетских исследований (URA). Фермилаб является частью Иллинойсского коридора технологий и исследований.
Тэватрон Фермилаб был знаковым ускорителем частиц; до запуска в 2008 году Большого адронного коллайдера (БАК) недалеко от Женевы, Швейцария, он был самым мощным ускорителем частиц в мире, ускоряя протоны и антипротоны до энергий 980 ГэВ и производя протон-протонные столкновения с энергиями до 1,96 ТэВ, первый ускоритель, достигший энергии в один «тераэлектронвольт». Имея длину 3,9 мили (6,3 км), это был четвертый по величине ускоритель частиц в мире по окружности. Одним из его наиболее важных достижений было открытие в 1995 году топ-кварка, о котором было объявлено исследовательскими группами с использованием детекторов CDF и DØ Тэватрона. Он был закрыт в 2011 году. С тех пор главный инжектор Фермилаборатории с окружностью в две мили (3,3 км) стал самым мощным ускорителем частиц в лаборатории. Строительство первого корпуса нового линейного ускорителя PIP-II началось в 2020 г. Внешний вид) и Мюон g-2. Завершенные эксперименты с нейтрино включают MINOS (поиск осцилляции основного инжектора нейтрино), MINOS+, MiniBooNE и SciBooNE (эксперимент с нейтрино SciBar Booster), а также эксперимент SeaQuest с фиксированной целью. Детектор MiniBooNE представлял собой сферу диаметром 40 футов (12 м), содержащую 800 тонн минерального масла и 1520 детекторов с фототрубками. Ежегодно регистрируется около 1 миллиона нейтринных событий. SciBooNE находился в том же нейтринном пучке, что и MiniBooNE, но имел возможности точного отслеживания. В эксперименте NOνA и в эксперименте MINOS используется пучок NuMI (нейтрино в главном инжекторе) Фермилаб, который представляет собой интенсивный пучок нейтрино, который проходит 455 миль (732 км) через Землю к руднику Судан в Миннесоте и реке Эш. , Миннесота, место установки дальнего детектора NOνA. В 2017 году нейтринный эксперимент ICARUS был перенесен из ЦЕРН в Фермилаб с планами начать работу в 2020 году. Фермилаб также занимается исследованиями в области квантовой информатики. В 2019 году он основал Квантовый институт Фермилаб. С 2020 года в нем также находится центр SQMS (сверхпроводящие квантовые исследования и материаловедение). научные лекции и симпозиумы, концерты классической и современной музыки, галереи народных танцев и искусств. Обычно сайт открыт с рассвета до заката для посетителей, предъявивших действительное удостоверение личности с фотографией, хотя он был временно закрыт для публики с марта 2020 года из-за пандемии COVID-19.
Астероид 11998 Фермилаб назван в честь лаборатории.