ATLAS-eksperiment finder tegn på ladningsasymmetri i top-quark-par

Blandt de mest spændende partikler undersøgt af ATLAS -eksperimentet er topkvarken. Som den tungeste kendte grundpartikel, det spiller en unik rolle i standardmodellen for partikelfysik, og måske i fysik ud over standardmodellen.

Under kørsel 2 af Large Hadron Collider (LHC) på CERN, protonstråler blev kollideret med høj lysstyrke ved en masse-center energi på 13 TeV. Dette gjorde det muligt for ATLAS at opdage og måle et hidtil uset antal begivenheder, der involverede top-antitop kvarkpar, giver ATLAS -fysikere en unik mulighed for at få indsigt i topkvarkens egenskaber.

På grund af luskende interferens mellem partikler involveret i produktionen, top- og antitop -kvarker produceres ikke ens med hensyn til protonstråleretningen i ATLAS -detektoren. I stedet, topkvarker produceres fortrinsvis i midten af ​​LHC's kollisioner, mens antitop -kvarker fremstilles fortrinsvis i større vinkler. Dette er kendt som en "ladningsasymmetri".

Charge -asymmetri ligner et fænomen målt ved Tevatron -kollideren ved Fermilab, kendt som en "fremad-baglæns" asymmetri. Hos Tevatron, kolliderende bjælker var lavet af protoner og antiprotoner, henholdsvis, hvilket førte til, at top- og antitop-kvarker hver blev produceret i ikke-centrale vinkler, men i modsatte retninger. En fremad-baglæns asymmetri, kompatibel med forbedrede standardmodelforudsigelser, blev observeret.

Effekten af ​​ladningsasymmetri ved LHC forudsiges at være ekstremt lille ( <1%), som den dominerende produktionsmåde for top-kvarkpar via spredning af gluoner (bærerne af den stærke kraft), der kommer fra protonerne, udviser ikke en ladningsasymmetri. En resterende asymmetri kan kun genereres ved mere komplicerede spredningsprocesser, der også involverer kvarker. Imidlertid, nye fysikprocesser, der forstyrrer de kendte produktionsmetoder, kan føre til meget større (eller endnu mindre) værdier. Derfor, en præcisionsmåling af ladningsasymmetrien er en streng test af standardmodellen. Det er blandt de mest subtile, svært, og alligevel vigtige egenskaber at måle i undersøgelsen af ​​topkvarker.

Et nyt ATLAS -resultat, præsenteret i denne uge på European Physical Society Conference on High-Energy Physics (EPS-HEP) i Gent, Belgien, undersøger det fulde Run 2-datasæt for at måle top-antitop-produktion i en kanal, hvor en topkvark henfalder til en ladet lepton, en neutrino og en hadronic "jet" (en spray af hadroner); og de andre henfalder til tre hadronic jetfly. Analysen omfatter fuldstændigt begivenheder, hvor hadronic-jetflyene er slået sammen (såkaldt "boostet topologi").

ATLAS finder tegn på ladningsasymmetri i top-quark-parhændelser, med en betydning af fire standardafvigelser. Den målte ladningsasymmetri på 0,0060 ± 0,0015 (stat+syst.) Er kompatibel med den nyeste standardmodelforudsigelse, og målingen siger med sikkerhed, at den observerede asymmetri ikke er nul. Det er den første ATLAS topfysiske måling, der udnytter det fulde Run 2 -datasæt.

Det nye ATLAS -resultat markerer en meget vigtig milepæl efter årtiers målinger. Figur 1 viser, at datasættet tillader ATLAS at måle ladningsasymmetrien som en funktion af massen af ​​det øverste antitop-system. Figur 2 viser de resulterende grænser for unormale effektive feltteori (EFT) koblinger, der parametriserer effekter fra ny fysik, som ville være uden for rækkevidde af at blive produceret direkte ved LHC.

Dette nye resultat er endnu en demonstration af ATLAS 'evne til at studere subtile Standard Model -effekter med stor præcision. Den observerede overensstemmelse med standardmodelforudsigelser giver endnu en brik i puslespillet i vores forståelse af partikelfysik ved energigrænsen.