ATLAS -eksperiment undersøger fragmenter af topkvarken

Topkvarker i Large Hadron Collider (LHC) proton-proton-kollisioner produceres overvejende i par, med en topkvark og en topantiquark. For at måle produktionshastighederne for topkvarkpar, ATLAS -eksperimentet undersøgte hændelser med en elektron, muon, og en eller to jetfly, der sandsynligvis stammer fra bundkvarker. Ved at sammenligne antallet af begivenheder med en bund-kvark jet med dem med to bund-kvark jetfly, ATLAS var i stand til at bestemme både den samlede produktionshastighed, samt effektiviteten af ​​at identificere jetfly med bundsmag.

Denne metode blev brugt til at undersøge kinematikken for elektronerne og muonerne, der stammer fra topkvarkforfald. Resultatet når et hidtil uset præcisionsniveau, med total usikkerhed fra 1 procent til 15 procent, giver ny indsigt i dynamikken i topkvarkproduktion og forbedrer vores viden om fordelingen af ​​gluoner inde i protonen. Resultatet gav også ATLAS mulighed for at foretage en præcis ny bestemmelse af topkvarkmassen.

Topkvarkmassen er en grundlæggende parameter for standardmodellen, som præcist forudsiger forholdet mellem masserne af topkvarken, W og Higgs bosoner. Eventuelle afvigelser fra dette mønster kan antyde nye partikler eller fænomener. Figur 1 viser værdierne for topkvarkmassen (m _t ) bestemt ud fra fem af de målte produktionshastigheder. En af styrkerne ved denne måling kommer fra dens kombination af alle de kinematiske fordelinger, giver en værdi på m _t =173,2 ± 1,6 GeV.

At måle massen af ​​topkvarken er ekstremt udfordrende. Topkvarken kan ikke observeres direkte; det skal indirekte udledes gennem forfaldne partikler. Ud over, målinger af topkvarkmassen påvirkes altid af en ureducerbar teoretisk tvetydighed, da topkvarker er partikler, der udsættes for den stærke interaktion og ikke kan henfalde isoleret uden at interagere med andre kvarker og gluoner produceret i tilfælde.

Anvendelsen af ​​elektron- og muon -kinematik har bidraget til at reducere disse uklarheder, og den nye ATLAS -måling af topkvarkmassen har en mindre teoretisk tvetydighed end andre målinger, der undersøger jetfly fra bunden og lettere kvarker. Denne nye måling er et vigtigt skridt fremad i vores forståelse af topkvarken.