Distribuciones de mlb que representan diferentes valores del ancho de desintegración del quark top (Γt). El panel inferior muestra la relación entre los anchos alternativos y la predicción del modelo estándar. Crédito:Colaboración ATLAS / CERN
Como la partícula más pesada conocida, el quark top juega un papel clave en los estudios de interacciones fundamentales. Debido a su corta vida útil, el quark top decae antes de que pueda convertirse en un hadrón. Por lo tanto, sus propiedades se conservan y transfieren a sus productos de descomposición, que a su vez se puede medir en experimentos de física de alta energía. Estos estudios proporcionan un excelente campo de pruebas para el modelo estándar y pueden proporcionar pistas para la nueva física.
Un parámetro clave examinado por la Colaboración ATLAS en el CERN es el "ancho de decaimiento" del quark superior, que está relacionado con los modos de vida y desintegración de la partícula. Las desintegraciones resultantes de la nueva física podrían alterar el ancho de la desintegración, haciendo que su medición precisa sea particularmente importante. En el modelo estándar, Los cálculos teóricos predicen un valor para el ancho de desintegración de 1,32 GeV para una masa de quark top de 172,5 GeV.
La Colaboración ATLAS presentó una nueva medición del ancho de desintegración del quark top en el Lepton Photon Symposium en Toronto, Canadá. El análisis utiliza el conjunto de datos completo de Run 2 the Large Hadron Collider (LHC), con una luminosidad integrada correspondiente de 139 fb −1 - para proporcionar la mejor precisión de ATLAS hasta el momento.
El nuevo análisis adopta un enfoque directo para la medición del ancho de desintegración del quark top. Los físicos de ATLAS seleccionaron eventos de colisión donde los pares de quarks superiores se desintegran en dos leptones cargados (electrones o muones) de carga eléctrica opuesta. Este canal de decaimiento tiene una mayor pureza de eventos de señal e incertidumbres sistemáticas más pequeñas en comparación con los canales alternativos. ATLAS midió la masa invariante de los leptones y los "chorros b" resultantes de las desintegraciones de los quarks superiores observadas en el detector, para determinar el ancho de desintegración del quark top.
La curva azul representa los valores de la función de verosimilitud utilizada en el ajuste a los datos, calculado para múltiples valores del ancho del quark superior (Γt). El mínimo representa el valor más probable de Γt. Las líneas de puntos rojas representan los límites de 1, 2 y 3 desviaciones estándar. Crédito:Colaboración ATLAS / CERN
La masa invariante del leptón y un b-jet (m lb ) es sensible al ancho de desintegración del quark top, pero solo cuando ambos se originan a partir de la desintegración del mismo quark top. Los físicos utilizaron un criterio simple, mirando la distancia angular mínima entre el leptón cargado y el chorro, para emparejarlos entre sí y reconstruir sus masas invariantes.
La nueva medición del ancho de desintegración del quark top está dominada por incertidumbres sistemáticas que surgen principalmente de la medición de las energías de los chorros. Para hacer frente a estas incertidumbres, Los físicos de ATLAS emplearon un enfoque novedoso para el ajuste que combinaba plantillas, representando diferentes valores del ancho de decaimiento, y una técnica de probabilidad de perfil, donde las fuentes de incertidumbres sistemáticas entran directamente en el ajuste. Los físicos probaron el procedimiento de ajuste para garantizar la estabilidad y solidez del ajuste a los efectos estadísticos. En efecto, Se realizaron pruebas con un modelo sistemático completo para verificar que el procedimiento pudiera reproducir el ancho de desintegración predicho por el Modelo Estándar. así como posibles desviaciones. Esta técnica recién desarrollada, combinación de ajustes de probabilidad de perfil y plantilla, puede encontrar uso en otras mediciones fuera de la física de top-quark.
El nuevo resultado de ATLAS da un valor del ancho de desintegración del quark top de 1,9 ± 0,5 GeV, de acuerdo con el Modelo Estándar. Esto marca una mejora significativa en la precisión en comparación con las mediciones anteriores que analizan los datos del LHC de 8 TeV.
