Figura 1:Un evento candidato tt̄ visto en una colisión protón-protón de la Ejecución 2. Los chorros de radio grande (R grande) se muestran en azul, mientras que los chorros restantes son de radio más pequeño. Los chorros identificados como que contienen b-hadrones se muestran en magenta. Los centros de las elipses magenta en el pad superior derecho corresponden a vértices secundarios. Los momentos transversales de los jets grandes-R principales y segundos principales son 961 GeV y 824 GeV, respectivamente. La masa invariante dijet de los dos chorros R grandes es 3.33 TeV. Crédito:Colaboración ATLAS / CERN
El quark top, la partícula fundamental más pesada conocida, juega un papel único en la física de altas energías. Los estudios de sus propiedades han abierto nuevas oportunidades para ampliar nuestro conocimiento del Modelo Estándar. En un nuevo trabajo enviado a Revisión física D , La colaboración ATLAS en el CERN presenta una medición integral de la producción de pares de quarks top de alto impulso a 13 TeV.
Los estudios de pares de quarks top de alto impulso son desafiantes, ya que es un canal con un trasfondo significativo. La nueva medición ATLAS utiliza un método pionero que aprovecha un efecto relativista conocido como impulso de Lorentz. Los físicos identificaron un chorro de gran radio dentro del detector, el resultado de un par de quarks top de momento muy alto que se descompone en un paquete de quarks.
La medición de las propiedades cinemáticas del chorro de radio grande permitió a los físicos de ATLAS comprender las del quark top del que se originó. Esto simplificó la reconstrucción de cada uno de los dos quarks superiores, y también mejoró la precisión con la que se pueden comparar las predicciones teóricas con las observaciones. Es más, observando el patrón de energía distribuida dentro del chorro y diferenciando los productos de desintegración de cada quark top, fue posible domesticar el enorme fondo generado por interacciones de dos chorros mucho más frecuentes (pero aquí no deseadas).
En el nuevo periódico, la probabilidad de producir un par de quarks top se estudia en función de la cantidad de movimiento, masa invariante y variables angulares que describen los dos quarks superiores. Las distribuciones medidas se comparan con varios cálculos que tienen en cuenta los efectos de la mecánica cuántica, como la emisión de radiación asociada con los quarks top, o bucles de partículas virtuales. Los resultados muestran que los cálculos actuales predicen más quarks top con un impulso muy alto de los que se observan, confirmando y mejorando las mediciones anteriores publicadas por los experimentos ATLAS y CMS. Notablemente, la masa invariante de los dos quarks top también se examina con una precisión estadística sin precedentes en masas superiores a 2 TeV. Estos surgen en colisiones protón-protón donde aproximadamente el 20 por ciento de la energía de colisión se ha destinado a la creación de los dos quarks superiores.
Figura 2:Sección transversal diferencial normalizada en función de la masa de los dos chorros de radio grande desplegados a partir de los datos, en comparación con los modelos Monte Carlo seleccionados. Crédito:Colaboración ATLAS / CERN
Los físicos de ATLAS también estudiaron las correlaciones angulares de los dos quarks superiores en busca de signos de nuevos procesos físicos. Se encontraron de acuerdo con la predicción del Modelo Estándar, aunque se observó cierto desacuerdo en las distribuciones cinemáticas asociadas con el retroceso de las partículas del par top-quark. Si bien el número total de pares de quarks superiores es menor que la predicción, la diferencia no es estadísticamente significativa cuando se tienen en cuenta las incertidumbres (mayores) que provienen de la propia teoría.
Las nuevas observaciones de ATLAS destacan la necesidad de cálculos teóricos aún más precisos, una mejor comprensión de las fuentes de incertidumbre y, por supuesto, más datos! Físicos los teóricos e ingenieros están trabajando arduamente en los tres frentes.
