La firma clásica de un par de quarks superiores producidos en las colisiones del LHC son cuatro chorros (conos amarillos), un muón (línea roja, también detectado por los detectores de muones del CMS como recuadros rojos) y la energía faltante de un neutrino (flecha rosa). Crédito:CERN
La colaboración CMS en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) ha realizado la medición más precisa jamás realizada de la masa del quark top, la partícula elemental más pesada conocida. El último resultado de CMS estima el valor de la masa del quark top con una precisión de alrededor del 0,22 %. La ganancia sustancial en precisión proviene de nuevos métodos de análisis y procedimientos mejorados para tratar de manera consistente y simultánea diferentes incertidumbres en la medición.
El conocimiento preciso de la masa del quark top es de suma importancia para comprender nuestro mundo en la escala más pequeña. Conocer esta partícula elemental más pesada lo más íntimamente posible es crucial porque permite probar la consistencia interna de la descripción matemática de todas las partículas elementales, llamada Modelo Estándar.
Por ejemplo, si las masas del bosón W y el bosón de Higgs se conocen con precisión, el modelo estándar puede predecir la masa del quark top. Del mismo modo, utilizando las masas del quark top y del bosón de Higgs, se puede predecir la masa del bosón W. Curiosamente, a pesar del gran progreso, la definición de masa de la física teórica, que tiene que ver con el efecto de las correcciones de la física cuántica, sigue siendo difícil de precisar para el quark top.
Y sorprendentemente, nuestro conocimiento de la estabilidad misma de nuestro universo depende de nuestro conocimiento combinado de las masas del bosón de Higgs y del quark top. Solo sabemos que el universo está muy cerca de un estado metaestable con la precisión de las mediciones actuales de la masa del quark top. Si la masa del quark top fuera aunque fuera ligeramente diferente, el universo sería menos estable a largo plazo, y eventualmente desaparecería en un evento violento similar al Big Bang.
Para realizar su última medición de la masa del quark top, utilizando datos de colisiones LHC protón-protón recopilados por el detector CMS en 2016, el equipo de CMS midió cinco propiedades diferentes de eventos de colisión en los que se produce un par de quarks top, en lugar de las hasta tres propiedades que se midieron en análisis anteriores. Estas propiedades dependen de la masa del quark top.
Además, el equipo realizó una calibración extremadamente precisa de los datos de CMS y obtuvo una comprensión profunda de las incertidumbres teóricas y experimentales restantes y sus interdependencias. Con este método innovador, todas estas incertidumbres también se extrajeron durante el ajuste matemático que determina el valor final de la masa del quark top, y esto significó que algunas de las incertidumbres podrían estimarse con mucha más precisión. El resultado, 171,77±0,38 GeV, es coherente con las mediciones anteriores y la predicción del modelo estándar.
La colaboración CMS ha dado un gran paso adelante con este nuevo método para medir la masa del quark top. El tratamiento estadístico de vanguardia de las incertidumbres y el uso de más propiedades han mejorado enormemente la medición. Se espera otro gran paso cuando el nuevo enfoque se aplique al conjunto de datos más extenso registrado por el detector CMS en 2017 y 2018. + Explora más
