Los quarks superiores en las colisiones protón-protón del Gran Colisionador de Hadrones (LHC) se producen predominantemente en pares, con un top quark y un top antiquark. Para medir las tasas de producción de pares de quarks superiores, el Experimento ATLAS examinó eventos con un electrón, muon, y uno o dos chorros que probablemente se hayan originado en quarks inferiores. Comparando el número de eventos con un chorro de quark bottom con aquellos con dos chorros de quark bottom, ATLAS pudo determinar tanto la tasa de producción total, así como la eficiencia de identificar chorros con sabor a fondo.

Este método se utilizó para explorar la cinemática de los electrones y muones que se originan en las desintegraciones de los quarks superiores. El resultado alcanza un nivel de precisión sin precedentes, con incertidumbres totales que oscilan entre el 1 por ciento y el 15 por ciento, proporcionando nuevos conocimientos sobre la dinámica de la producción de quarks top y mejorando nuestro conocimiento de la distribución de gluones dentro del protón. El resultado también permitió a ATLAS realizar una nueva determinación precisa de la masa del quark top.

La masa del quark top es un parámetro fundamental del Modelo Estándar, que predice con precisión la relación entre las masas del quark top, W y bosones de Higgs. Cualquier desviación de este patrón podría sugerir nuevas partículas o fenómenos. La figura 1 muestra los valores de la masa del quark top (m _t ) determinado a partir de cinco de las tasas de producción medidas. Uno de los puntos fuertes de esta medida proviene de su combinación de todas las distribuciones cinemáticas, dando un valor de m _t =173,2 ± 1,6 GeV.

Medir la masa del quark top es un gran desafío. El quark top no se puede observar directamente; debe inferirse indirectamente a través de partículas descompuestas. Además, las mediciones de la masa del quark top siempre se ven afectadas por una ambigüedad teórica irreductible, ya que los quarks superiores son partículas sujetas a una fuerte interacción y no pueden descomponerse de forma aislada sin interactuar con otros quarks y gluones producidos en el evento.

El uso de cinemática de electrones y muones ha ayudado a reducir estas ambigüedades, y la nueva medición ATLAS de la masa del quarks superior tiene una ambigüedad teórica menor que otras mediciones que examinan los chorros de los quarks inferiores y más ligeros. Esta nueva medida es un importante paso adelante en nuestra comprensión del quark top.