Wuppertaler Teilchenphysiker veröffentlichen Forschungsergebnisse

12.06.2012

Das Top-Quark: Auch gerne mal als Single unterwegs

Wuppertaler Teilchenphysiker veröffentlichen Forschungsergebnisse

Die Forschergruppe vor dem Wuppertaler Rechenzentrum PLEIADES, auf dem die Wissenschaftler ATLAS-Daten zur Messung einzeln produzierter Top-Quarks ausgewertet haben (v.l.n.r.): Dr. Dominic Hirschbühl, Prof. Dr. Wolfgang Wagner sowie die Doktoranden Kathrin Becker und Philipp Sturm. Die Forschergruppe vor dem Wuppertaler Rechenzentrum PLEIADES, auf dem die Wissenschaftler ATLAS-Daten zur Messung einzeln produzierter Top-Quarks ausgewertet haben (v.l.n.r.): Dr. Dominic Hirschbühl, Prof. Dr. Wolfgang Wagner sowie die Doktoranden Kathrin Becker und Philipp Sturm.Klick auf das Foto: Größere Version
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Teilchenphysikern der Bergischen Universität unter Leitung von Prof. Dr. Wolfgang Wagner ist es gelungen, in Daten des ATLAS-Detektors am CERN das schwerste aller bekannten Elementarteilchen (das „Top-Quark“) in einem seltenen Prozess – in dem es einzeln ohne sein Antiteilchen erzeugt wird – nachzuweisen. Bisher war dies nur am amerikanischen Forschungszentrum für Teilchenphysik „Fermilab“ gelungen. Mit dem Large Hadron Collider (LHC) am CERN, dem leistungsstärksten Teilchenbeschleuniger der Welt, hat Europa die bisher führenden USA jetzt überholt. Nach eingehender Überprüfung durch die Kollegen am CERN konnten die Wuppertaler Wissenschaftler Ende Mai einen Artikel über ihre Messungen und Analysen zur Veröffentlichung an das Fachjournal „Physics Letters B“ schicken.

„Top-Quarks sind die Sumoringer in der Welt der kleinsten Teilchen“, so Prof. Wagner. Ein einzelnes von ihnen wiegt so viel wie ein ganzes Goldatom und ist 40-mal schwerer als das zweitschwerste Teilchen, das Bottom-Quark. In hochenergetischen Proton-Proton-Kollisionen, wie sie am LHC in großer Zahl herbeigeführt werden, werden Top-Quarks meistens als Paare von Teilchen und Antiteilchen – Top-Quark und Top-Antiquark – über starke Wechselwirkungen produziert. Schwache Wechselwirkungen ermöglichen dagegen Kollisionsprozesse, in denen Top-Quarks auch einzeln erzeugt werden („single top quarks“). Dabei wird ein Bottom-Quark in ein Top-Quark umgewandelt.

„Aus vielen Milliarden von Kollisionsereignissen, die 2011 vom ATLAS-Detektor aufgezeichnet wurden, konnten wir rund 200 Ereignisse isolieren, in denen einzelne Top-Quarks produziert wurden“, erklärt Philipp Sturm, Doktorand bei Prof. Wagner. „Die Messung hilft zu verstehen, wie sich verschiedene Sorten von Quarks ineinander umwandeln“, ergänzt Wagner. Mit genauen Messungen dieser Art wollen die Wissenschaftler klären, wie es kurz nach dem Urknall zu der kleinen Asymmetrie zwischen Materie und Antimaterie gekommen ist, ohne die es die Welt, in der wir leben, so nicht geben würde. In der frühen Entwicklungsphase des Universums vernichteten sich Materie und Antimaterie und es blieben nur Lichtteilchen übrig – bis auf einen kleinen Rest, der die uns bekannte Materie ausmacht.

Zum ersten Mal wurde der sogenannte Einzel-Top-Quark-Prozess 2009 am Tevatron-Beschleuniger in den USA beobachtet. „Diese ersten Beobachtungen basierten nur auf einigen Dutzend Ereignissen, die aus den Daten isoliert werden konnten. Die größere Datenmenge am LHC gibt uns die Möglichkeit, diesen seltenen Prozess genauer zu verstehen und wichtige Rückschlüsse auf viele Bereiche der Teilchenphysik zu ziehen“, sagt Dr. Dominic Hirschbühl, Mitarbeiter von Prof. Wagner.

Mit ihrer Analyse der ATLAS-Daten konnten sich die Wuppertaler Forscher gegen drei interne ATLAS-Konkurrenten aus Frankreich, den USA und China durchsetzen. „Neben unseren ausgeklügelten Analysemethoden spielt für den Erfolg unserer Forschungen auch das Wuppertaler LHC-Rechenzentrum PLEIADES eine herausragende Rolle. Nur mit der großen an der Bergischen Universität vorgehaltenen Rechenleistung konnten wir die Daten schnell genug auswerten“, sagt Hirschbühl. „Die von uns verwendeten Methoden finden auch bei der Analyse von Wirtschaftsdaten Anwendung, zum Beispiel um neue, gerechtere Versicherungstarife zu berechnen oder zukünftige Absatzzahlen eines Unternehmens zu prognostizieren“, erläutert Prof. Wagner.

Die Doktoranden Philipp Sturm und Kathrin Becker werden das Messergebnis bald auf Konferenzen in Melbourne und Vancouver vorstellen. Philipp Sturm kam 2009 für seine Promotion aus Bayern nach Wuppertal und schloss sie Anfang Juni erfolgreich ab. Die Wuppertalerin Kathrin Becker machte ihr Abitur am Wilhelm-Dörpfeld-Gymnasium, bevor sie an der Bergischen Universität Physik studierte. Seit April 2011 ist sie für einen längeren Forschungsaufenthalt am CERN in Genf.

https://atlas.web.cern.ch/Atlas/GROUPS/PHYSICS/PAPERS/TOPQ-2011-14/


Kontakt
:
Prof. Dr. Wolfgang Wagner
Fach Experimentelle Teilchenphysik
Telefon 0202/439-2861
E-Mail wagner@physik.uni-wuppertal.de

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