Mελετώντας τα θραύσματα του κορυφαίου (top) κουάρκ

Posted on 06/10/2017

0


Οι ερευνητές του ανιχνευτή ATLAS στον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων (LHC) αναφέρουν μια νέα μέτρηση του ρυθμού παραγωγής ζευγών κορυφαίων κουάρκ και έναν νέο ακριβέστερο προσδιορισμό της μάζας του κορυφαίου κουάρκ

Στις συγκρούσεις πρωτονίων με πρωτόνια που πραγματοποιούνται στον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων τα κορυφαία κουάρκ παράγονται κυρίως ανά ζεύγη, ενός κορυφαίου κουάρκ και του αντίστοιχου κορυφαίου αντικουάρκ. Για να μετρηθεί ο ρυθμός παραγωγής των κορυφαίων ζευγών κουάρκ, οι ερευνητές του ανιχνευτή ATLAS έψαξαν τα γεγονότα όπου παράγονταν ένα ηλεκτρόνιο, ένα μιόνιο και ένας ή δύο πίδακες (jets) σωματιδίων που πιθανόν να προέρχονταν από χαμηλά (bottom) κουάρκ.
Συγκρίνοντας τον αριθμό των γεγονότων που περιέχουν έναν πίδακα χαμηλού-κουάρκ, με τα γεγονότα που οδηγούν σε δυο πίδακες χαμηλού-κουάρκ, οι φυσικοί του ATLAS ήταν σε θέση να προσδιορίσουν και τον συνολικό ρυθμό παραγωγής και την απόδοση της ταυτοποίησης των πιδάκων χαμηλών κουάρκ.

Αυτή η μέθοδος χρησιμοποιήθηκε για να διερευνηθεί η κινηματική των ηλεκτρονίων και των μιονίων που προέρχονται από τις διασπάσεις των κορυφαίων κουάρκ. Το αποτέλεσμα φτάνει σε ένα πρωτοφανές επίπεδο ακρίβειας, με την συνολική αβεβαιότητα να κυμαίνεται από 1% έως 15%, παρέχοντας νέες ιδέες για τη δυναμική της παραγωγής των κορυφαίων κουάρκ και βελτιώνοντας τις γνώσεις μας όσον αφορά την κατανομή των γλοιονίων μέσα στο πρωτόνιο. Το αποτέλεσμα επίσης επέτρεψε στους φυσικούς του ATLAS να κάνουν έναν νέο ακριβέστερο προσδιορισμό της μάζας του κορυφαίου κουάρκ.

Σχήμα 1: οι τιμές της μάζας του κορυφαίου κουάρκ που μετρήθηκαν από τους φυσικούς του ανιχνευτή ATLAS

Η μάζα του κορυφαίου κουάρκ είναι μια θεμελιώδης παράμετρος του Καθιερωμένου Προτύπου των στοιχειωδών σωματιδίων, το οποίο προβλέπει ακριβώς τη σχέση μεταξύ των μαζών του κορυφαίου κουάρκ, και των μποζονίων W και Higgs. Οποιεσδήποτε πειραματικές αποκλίσεις από αυτές τις σχέσεις θα μπορούσαν να υποδηλώνουν νέα σωματίδια ή νέα φαινόμενα.

Το σχήμα 1 δείχνει τις τιμές της μάζας του κορυφαίου κουάρκ (mt) που προσδιορίζονται από πέντε ρυθμούς παραγωγής που μετρήθηκαν.

Ένα από τα πλεονεκτήματα αυτής της μέτρησης οφείλεται στον συνδυασμό όλων των κινηματικών κατανομών, που δίνουν μια τιμή mt = 173,2 ± 1,6 GeV.

Η μέτρηση της μάζας του κορυφαίου κουάρκ είναι εξαιρετικά δύσκολη. Το κορυφαίο κουάρκ δεν μπορεί να παρατηρηθεί άμεσα και ταυτοποιείται έμμεσα μέσω των σωματιδίων που παράγονται από την διάσπασή του. Επιπλέον, οι μετρήσεις της μάζας του κορυφαίου κουάρκ επηρεάζονται πάντοτε από μια μη εξαλείψιμη θεωρητική ασάφεια, καθώς τα κορυφαία κουάρκ είναι σωματίδια που υπόκεινται στην ισχυρή αλληλεπίδραση και δεν μπορούν να διασπαστούν απομονωμένα χωρίς να αλληλεπιδρούν με άλλα κουάρκ και γλοιόνια που παράγονται.

Η χρήση της κινηματικής των ηλεκτρονίων και μιονίων έχει βοηθήσει στη μείωση αυτών των ασαφειών και η νέα μέτρηση της μάζας του κορυφαίου κουάρκ από τους φυσικούς του  ATLAS έχει μικρότερη θεωρητική αβεβαιότητα από άλλες μετρήσεις που εξετάζουν πίδακες από άλλα κουάρκ.

Είναι γεγονός πως η νέα αυτή μέτρηση αποτελεί ένα σημαντικό βήμα προς την κατανόηση του κορυφαίου κουάρκ.

πηγή: https://atlas.cern/updates/physics-briefing/studying-fragments-top-quark

Ετικέτα: , ,