Por primera vez, Los físicos de CMS han investigado un efecto llamado "ejecución" de la masa del quark superior, un efecto cuántico fundamental predicho por el modelo estándar.

La masa es uno de los conceptos más complejos de la física fundamental, que pasó por una larga historia de desarrollos conceptuales. La masa se entendió por primera vez en la mecánica clásica como una medida de inercia y luego se interpretó en la teoría de la relatividad especial como una forma de energía. La masa tiene un significado similar en las teorías modernas de campos cuánticos que describen el mundo subatómico. El modelo estándar de la física de partículas es una teoría cuántica de campos, y puede describir la interacción de todas las partículas fundamentales conocidas a las energías del Gran Colisionador de Hadrones.

La cromodinámica cuántica es la parte del modelo estándar que describe las interacciones de los componentes fundamentales de la materia nuclear:quarks y gluones. La fuerza de la interacción entre estas partículas depende de un parámetro fundamental llamado constante de acoplamiento fuerte. Según la cromodinámica cuántica, la constante de acoplamiento fuerte disminuye rápidamente a escalas de energía más altas. Este efecto se llama libertad asintótica, y la evolución de la escala se denomina "ejecución de la constante de acoplamiento". Lo mismo ocurre con las masas de los quarks, que pueden entenderse como acoplamientos fundamentales, por ejemplo, en relación con la interacción con el campo de Higgs. En cromodinámica cuántica, se puede predecir el funcionamiento de la constante de acoplamiento fuerte y de las masas de los quarks, y estas predicciones pueden probarse experimentalmente.

La verificación experimental de la masa en funcionamiento es una prueba esencial de la validez de la cromodinámica cuántica. A las energías probadas por el Gran Colisionador de Hadrones, los efectos de la física más allá del modelo estándar podrían conducir a modificaciones del funcionamiento de la masa. Por lo tanto, una medida de este efecto es también una búsqueda de física desconocida. En las ultimas decadas, El funcionamiento de la constante de acoplamiento fuerte se ha verificado experimentalmente para una amplia gama de escalas. También, Se encontró evidencia del funcionamiento de las masas de quarks de encanto y belleza.

Con una nueva medida, CMS Collaboration investiga por primera vez el funcionamiento de la masa del más pesado de los quarks:el quark top. La tasa de producción de pares de quark top (una cantidad que depende de la masa del quark top) se midió a diferentes escalas de energía. De esta medida, la masa del quark top se extrae en esas escalas de energía utilizando predicciones teóricas que predicen la velocidad a la que se producen los pares de quark top-antiquark.

Experimentalmente, Las colisiones interesantes de pares de quark top se seleccionan buscando los productos de desintegración específicos de un par de quark top-antiquark. En la inmensa mayoría de los casos, los quarks superiores se descomponen en un chorro energético y un bosón W, que a su vez puede descomponerse en un leptón y un neutrino. Los chorros y leptones pueden identificarse y medirse con alta precisión mediante el detector CMS, mientras que los neutrinos escapan sin ser detectados y se revelan como energía faltante. En la Figura 1 se muestra una colisión que probablemente sea la producción de un par de quark-antiquark superior como se ve en el detector CMS. Se espera que dicha colisión contenga un electrón, un muón, dos chorros de energía, y una gran cantidad de energía faltante.

La ejecución medida de la masa del quark top se muestra en la Figura 2. Los marcadores corresponden a los puntos medidos, mientras que la línea roja representa la predicción teórica según la Cromodinámica Cuántica. El resultado proporciona la primera indicación de la validez del efecto cuántico fundamental del funcionamiento de la masa del quark top y abre una nueva ventana para probar nuestra comprensión de la interacción fuerte. Si bien se recopilarán muchos más datos en las futuras ejecuciones del LHC a partir de la Ejecución 3 en 2021, este resultado de CMS en particular es principalmente sensible a las incertidumbres provenientes del conocimiento teórico del quark top en Cromodinámica Cuántica. Para presenciar cómo la masa de quarks superior se ejecuta con una precisión aún mayor y tal vez revelar signos de nueva física, serán necesarios tanto el desarrollo de la teoría como los esfuerzos experimentales. Mientras tanto, ¡Mira correr el quark top!