ATLAS Experiment undersøger dynamikken i topkvarker med meget momentum

Den øverste kvark, den tungeste kendte grundpartikel, spiller en unik rolle i højenergifysik. Undersøgelser af dets ejendomme har åbnet nye muligheder for at fremme vores viden om standardmodellen. I et nyt papir indsendt til Fysisk gennemgang D , ATLAS-samarbejdet på CERN præsenterer en omfattende måling af høj-momentum top-kvarkpar-produktion ved 13 TeV.

Undersøgelser af høj-momentum top-kvarkpar er udfordrende, da det er en kanal med betydelig baggrund. Den nye ATLAS -måling bruger en banebrydende metode, der drager fordel af en relativistisk effekt kendt som et Lorentz -boost. Fysikere identificerede en stråle med stor radius inde i detektoren, resultatet af et meget højt momentum top-kvark-par, der forfalder til et bundt kvarker.

Måling af de kinematiske egenskaber ved jetstrålen med stor radius tillod ATLAS-fysikere at forstå dem fra topkvarken, hvorfra den stammer. Dette forenklede rekonstruktionen af ​​hver af de to topkvarker, og forbedrede også nøjagtigheden, hvormed teoretiske forudsigelser kunne sammenlignes med observationer. Desuden, ved at se på energimønsteret fordelt inde i strålen og differentiere forfaldsprodukterne fra hver topkvark, det var muligt at tæmme den enorme baggrund, der genereres af meget hyppigere (men her uønskede) to-jet-interaktioner.

I det nye papir, sandsynligheden for at producere et top-kvark-par studeres som en funktion af momentum, invariante masse- og vinkelvariabler, der beskriver de to topkvarker. De målte fordelinger sammenlignes med flere beregninger, der tager højde for kvantemekaniske virkninger, såsom emission af stråling forbundet med topkvarkerne, eller sløjfer af virtuelle partikler. Resultaterne viser, at aktuelle beregninger forudsiger flere topkvarker ved meget højt momentum, end der observeres, bekræfter og forbedrer tidligere målinger offentliggjort af både ATLAS- og CMS -eksperimenterne. Bemærkelsesværdigt, den uforanderlige masse af de to topkvarker undersøges også med en hidtil uset statistisk præcision ved masser over 2 TeV. Disse opstår i proton-proton-kollisioner, hvor omkring 20 procent af kollisionsenergien er gået til skabelsen af ​​de to topkvarker.

ATLAS -fysikere studerede også de vinkelkorrelationer mellem de to topkvarker for tegn på nye fysikprocesser. De blev fundet i overensstemmelse med standardmodelforudsigelsen, omend der blev observeret en vis uenighed i de kinematiske fordelinger forbundet med partiklerne, der rekylede fra top-kvark-parret. Mens det samlede antal top-kvark-par er lavere end forudsigelsen, forskellen er ikke statistisk signifikant, når der tages hensyn til de (større) usikkerheder, der kommer fra selve teorien.

De nye ATLAS -observationer fremhæver behovet for endnu mere præcise teoretiske beregninger, en bedre forståelse af kilderne til usikkerhed og selvfølgelig, flere data! Fysikere, teoretikere og ingeniører arbejder hårdt på alle tre fronter.