کوارک سر، و آشنایی بیشتر با آن

تا اوایل سال 1995، محل مشخصات کوارک سر در کتاب‌های فیزیک ذرات بنیادی خالی بود. سرانجام دو گروه در فرمی لب مشاهده‌ی کوارک سر را اعلام کردند و این جای خالی پر شد. از آن موقع تا به حال، یکی از این گروه‌ها در حدود 100 کوارک سر شناسایی کرده است، که به کمک آن جرم این ذره با دقت در حدود چند درصد تعیین شده است: کوارک سر دیگر ذره‌ی ناآشنایی نیست. در تواترون فرمی‌لب پروتون و پادپروتون با انرژی TeV8ر1 به هم برخورد می‌کنند. بین محصولات این برخورد، ممکن است کوارک سر هم پیدا شود. اما عمر کوارک سر کوتاه‌تر از آن است که آشکارگرها بتوانند خودش را شناسایی کنند. کوارک سر، براساس مدل استاندارد، به طور عمده به یک کوارک ته و یک ذره‌ی W وا می‌پاشد. کوارک ته دومین کوارک سنگین، و ذره‌ی W حامل نیروی ضعیف است. خود کوارک ته هم به طور آزاد باقی نمی‌ماند، بلکه با کوارک‌های دیگر فواره‌ای از هادرون می‌سازد، که آشکارگر این مجموعه‌ی هادرون‌ها را آشکار می‌کند.
برای تعیین جرم کوارک سر، محصول دیگر واپاشی آن را هم باید در نظر گرفت: خود ذره‌ی W هم به تعدادی لپتون و فواره‌ی کوارک وا می‌پاشد. با تعیین انرژی همه‌ی اجزای واپاشی و جمع آن‌ها با هم، جرم کوارک سر به طور تجربی تعیین می‌شود. با در نظر گرفتن جرمی که به این ترتیب از هر یک از رویدادهای واپاشی کوارک سر به دست می‌آید، و با حذف داده‌‌های بد، رقمی که فعلاً برای جرم کوارک سر ارائه می‌شود GeV5 ر6± 8ر176 است.
چرا تعیین جرم کوارک سر این قدر مهم است؟ شاید یکی از مهم‌ترین علت‌های اهمیت آن این باشد که به این ترتیب گسترده‌ای که برای جرم ذره‌ی هیگز وجود دارد باریک‌تر می‌شود. ذره‌ی هیگز آخرین ذره‌ی باقی مانده‌ی مدل استاندارد است که باید پیدا شود. در واقع گستره‌ی مجاز جرم ذره‌ی هیگز عملاً با جرم کوارک سر و جرم ذره‌ی W تعیین می‌شود رقمی که برای جرم W ذکر می‌شود GeV15ر0±37ر80 است. اما اشکال اینجاست که بستگی مشاهدات مدل استاندارد به جرم ذره‌ی هیگز بسیار ملایم است. به این ترتیب، گستره‌ی مجاز جرم هیگز هنوز هم خیلی بزرگ است. اگر جرم هیگز در قسمت‌های پایینی گستره‌ی مجاز آن باشد، به زودی و با همین شتاب دهنده‌های موجود باید بتوان هیگز را آشکار کرد. در غیر این صورت باید منتظر شروع به کار شتاب دهنده‌ی هادرونی بزرگ سرن (LHC) بود، که قرار است از سال 2006 میلادی داده تولید کند. در این بین، با شروع به کار لپ 2 در سرن ( از اواسط سال بعد) دقت جرم ذره‌ی W مرتباً بیشتر می‌شود، و این گستره‌ی مجاز جرم هیگز را باریکتر می‌کند.