Valores medidos de la asimetría de carga (Ac) en función de la masa invariante del sistema de pares de quarks superiores (mtt) en los datos. Las regiones sombreadas en verde muestran nuevas predicciones del modelo estándar de última generación, mientras que las regiones sombreadas en rojo muestran la asimetría implementada en eventos simulados de "Monte Carlo". Las barras verticales corresponden a las incertidumbres totales. Crédito:Colaboración ATLAS / CERN
Entre las partículas más intrigantes estudiadas por el Experimento ATLAS se encuentra el quark top. Como la partícula fundamental más pesada conocida, juega un papel único en el modelo estándar de física de partículas, y quizás en física más allá del Modelo Estándar.
Durante la Ejecución 2 del Gran Colisionador de Hadrones (LHC) en el CERN, Los haces de protones chocaron con alta luminosidad a una energía de centro de masa de 13 TeV. Esto permitió a ATLAS detectar y medir una cantidad sin precedentes de eventos que involucran pares de quarks top-antitop, proporcionando a los físicos de ATLAS una oportunidad única para conocer mejor las propiedades del quark top.
Debido a la interferencia furtiva entre las partículas involucradas en la producción, Los quarks top y antitop no se producen igualmente con respecto a la dirección del haz de protones en el detector ATLAS. En lugar de, Los quarks top se producen preferentemente en el centro de las colisiones del LHC, mientras que los quarks antitop se producen preferentemente en ángulos más grandes. Esto se conoce como "asimetría de carga".
La asimetría de carga es similar a un fenómeno medido en el colisionador Tevatron en Fermilab, conocida como asimetría "adelante-atrás". En Tevatron, Los haces colisionantes estaban hechos de protones y antiprotones, respectivamente, lo que llevó a que los quarks top y antitop se produjeran cada uno en ángulos no centrales, pero en direcciones opuestas. Una asimetría hacia adelante y hacia atrás, compatible con predicciones mejoradas del modelo estándar, fue observado.
Límites de confianza en la combinación lineal C− / Λ2 de los coeficientes de Wilson de operadores de EFT de dimensión seis. Los límites se derivan de una comparación de las medidas de asimetría de carga presentadas en este documento con las predicciones del modelo estándar de última generación. También se muestran los límites derivados de las mediciones de asimetría hacia adelante y hacia atrás en el Tevatron usando colisiones en un centro de masa de energía de 1,96 TeV, en la Ejecución 1 Mediciones de asimetría de carga del LHC en colisiones protón-protón a una energía de centro de masa de 8 TeV. Crédito:Colaboración ATLAS / CERN
Se predice que el efecto de la asimetría de carga en el LHC será extremadamente pequeño ( <1%), ya que el modo de producción dominante de pares de quarks superiores a través de la dispersión de gluones (los portadores de la fuerza fuerte) que emergen de los protones no presenta una asimetría de carga. Una asimetría residual solo puede generarse mediante procesos de dispersión más complicados que involucren también quarks. Sin embargo, Los nuevos procesos físicos que interfieren con los modos de producción conocidos pueden conducir a valores mucho mayores (o incluso menores). Por lo tanto, una medición de precisión de la asimetría de carga es una prueba rigurosa del Modelo Estándar. Es uno de los más sutiles, difícil, y propiedades importantes a medir en el estudio de los quarks top.
Un nuevo resultado de ATLAS, presentado esta semana en la Conferencia de la Sociedad Europea de Física sobre Física de Altas Energías (EPS-HEP) en Gante, Bélgica, examina el conjunto de datos completo de Run 2 para medir la producción de top-antitop en un canal donde un quark top se desintegra en un leptón cargado, un neutrino y un "chorro" hadrónico (un chorro de hadrones); y el otro decae a tres chorros hadrónicos. El análisis incluye completamente los eventos en los que los chorros hadrónicos se fusionan (la denominada "topología reforzada").
ATLAS encuentra evidencia de asimetría de carga en eventos de pares de quarks superiores, con una significancia de cuatro desviaciones estándar. La asimetría de carga medida de 0,0060 ± 0,0015 (stat + sist.) Es compatible con la última predicción del modelo estándar, y la medición afirma con seguridad que la asimetría observada no es cero. Es la primera medición física superior de ATLAS que utiliza el conjunto de datos completo de Run 2.
El nuevo resultado de ATLAS marca un hito muy importante después de décadas de mediciones. La Figura 1 muestra que el conjunto de datos permite a ATLAS medir la asimetría de carga en función de la masa del sistema top-antitop. La Figura 2 muestra los límites resultantes de los acoplamientos de la teoría de campos efectivos anómalos (EFT) que parametrizan los efectos de la nueva física que estarían más allá del alcance de ser producidos directamente en el LHC.
Este nuevo resultado es una demostración más de la capacidad de ATLAS para estudiar los efectos sutiles del modelo estándar con gran precisión. La concordancia observada con las predicciones del Modelo Estándar proporciona una pieza más al rompecabezas en nuestra comprensión de la física de partículas en la frontera energética.
