home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ TIME: Almanac 1995 / TIME Almanac 1995.iso / time / 011193 / 0111300.000 < prev    next >
Encoding:
Text File  |  1994-03-25  |  6.0 KB  |  127 lines

  1. <text id=93TT0878>
  2. <title>
  3. Jan. 11, 1993: The Most Wanted Particle
  4. </title>
  5. <history>
  6. TIME--The Weekly Newsmagazine--1993               
  7. Jan. 11, 1993  Megacities                            
  8. </history>
  9. <article>
  10. <source>Time Magazine</source>
  11. <hdr>
  12. SCIENCE, Page 41
  13. The Most Wanted Particle
  14. </hdr>
  15. <body>
  16. <p>After a 15-year search, the elusive but extremely heavy top
  17. quark may have been found
  18. </p>
  19. <p>By J. MADELEINE NASH/CHICAGO
  20. </p>
  21. <p>     Imagine an infinitesimal particle that is as heavy as a
  22. large atom and less tangible than a shadow. For 15 years,
  23. hundreds of physicists have been chasing such an improbable
  24. phantom. Their quarry is the top quark, the sole missing member
  25. of a family of subatomic particles that form the basic building
  26. blocks of matter. Of six types of quarks that are believed to
  27. exist, five have already been discovered. "The top," says
  28. Harvard University theorist Sheldon Glashow, "is not just
  29. another quark. It's the last blessed one, and the sooner we find
  30. it, the better everyone will feel."
  31. </p>
  32. <p>     Physicists will celebrate because the top is the absent
  33. jewel in the crown of the so-called Standard Model, a powerful
  34. theoretical synthesis that has reduced a once bewildering zoo
  35. of particles to just a few fundamental constituents, including
  36. three whimsically named couplets of quarks. Up and down quarks
  37. combine to create everyday protons and neutrons, while charm and
  38. strange quarks make up more esoteric particles, the kind
  39. produced by accelerators and high-energy cosmic rays. In 1977
  40. physicists discovered a fifth quark they dubbed bottom, and they
  41. have been looking for its partner, top, ever since. Not finding
  42. it would amaze and befuddle particle physicists. Without the
  43. top, a large chunk of the theoretical edifice, like an arch
  44. without a keystone, would come crashing down.
  45. </p>
  46. <p>     Scientists have long suspected that top quarks are
  47. routinely produced by the powerful collider at Fermi National
  48. Accelerator Laboratory near Chicago. So far, however, a thicket
  49. of more ordinary particles has concealed them from view. But the
  50. top may not elude discovery much longer. In late October,
  51. researchers at Fermilab's Collider Detector found a provocative
  52. set of tracks hinting that a top may have briefly materialized,
  53. then vanished like a Halloween ghost. The tantalizing event was
  54. reported at a conference held at the facility in mid-November.
  55. Since then, physicists have talked of little else.
  56. </p>
  57. <p>     Theorists have already deduced that the top quark is
  58. heavier than any known particle. "A single top quark," exclaims
  59. Fermilab physicist Alvin Tollestrup, "probably weighs at least
  60. as much as a whole silver atom does." (With an atomic weight of
  61. 108, a silver atom is made up of hundreds of up and down
  62. quarks.) Exactly how much top quarks weigh is a question
  63. scientists are anxious to answer, but first they must find some
  64. to measure--a task considerably complicated by the fact that
  65. in nature these massive but ethereal entities made only a cameo
  66. appearance, just after the Big Bang.
  67. </p>
  68. <p>     Top quarks emerged from the primordial radiation "around
  69. a thousandth of a billionth of a second after the Big Bang,"
  70. estimates University of Michigan theorist Gordon Kane. But as
  71. the early universe expanded and cooled, they vanished. Their
  72. fleeting existence left behind a fundamental puzzle that
  73. physicists are struggling to solve: What makes some particles
  74. so massive while others--photons, for example--have no mass
  75. at all? Because of its boggling heft, the top quark should help
  76. illuminate what mysterious mechanisms--including perhaps
  77. other, still weightier particles--are responsible for
  78. imparting mass, and hence solidity, to the physical world.
  79. </p>
  80. <p>     Finding the top is the sort of discovery of which Nobel
  81. dreams are made, and the pressure to be first has become
  82. particularly intense now that the Collider Detector has a
  83. competitor on its tail, a rival Fermilab detector that began
  84. generating its own data last May. The sense of urgency has
  85. intensified arguments among the Collider Detector's 400
  86. experimentalists over how to interpret the whispery tracks that
  87. appeared in October inside the device, a conglomeration of
  88. electronics and steel that stands 3 1/2 stories tall and weighs
  89. 4,500 tons. Through its hollow center, protons and antiprotons,
  90. accelerated to nearly the speed of light, smash into one another
  91. thousands of times in a second. The energy unleashed creates
  92. showers of short-lived particles that scintillate like tiny
  93. sparklers. From the evanescent flashes recorded by the detector,
  94. physicists can reconstruct the identities of the particles that
  95. produced them.
  96. </p>
  97. <p>     In this case, scientists observed the transitory trails of
  98. four particles into which a top and its antimatter twin should
  99. occasionally decay. Or did they? One clue was the detection of
  100. a muon, a close relative of the electron. At least, it appeared
  101. to be a muon. The reason scientists aren't sure is that the
  102. portion of the detector responsible for tracking muons is
  103. segmented like an orange. "And with the malice often displayed
  104. by inanimate objects," says University of Chicago physicist
  105. Henry Frisch with a sigh, "this muon went right up a crack
  106. between the segments."
  107. </p>
  108. <p>     By far the largest problem confronting the scientists is
  109. the sort of statistical error that bedevils political
  110. pollsters. For while physicists sometimes base discoveries on
  111. a single observation, more often they must rely on multiple
  112. events to build a case. Thus a second intriguing event, recorded
  113. by the Collider Detector in December, has come under especially
  114. intense scrutiny. The discovery of the top will no doubt emerge
  115. gradually, believes Peter Galison, a science historian at
  116. Harvard. "The expanding circle of belief," he says, "must start
  117. inside the experimental collaboration and then widen to include
  118. the whole physics community." How long this process will take,
  119. no one can gauge, for it depends not only on scientific
  120. ingenuity but also on the whims of Lady Luck.
  121. </p>
  122.  
  123. </body>
  124. </article>
  125. </text>
  126.  
  127.