_ ATLAS și CMS observă producerea simultană a patru quarci de top

Astăzi, la conferința Moriond, colaborările ATLAS și CMS au prezentat ambele observarea unui proces foarte rar: producerea simultană a patru quarci de top. Acestea au fost observate folosind date de la coliziunile din timpul Run 2 a Large Hadron Collider (LHC).

Rezultatele ambelor experimente trec semnificația statistică de cinci sigma necesară pentru a fi considerate ca observație. —Observația ATLAS cu 6,1 sigma, mai mare decât semnificația așteptată de 4,3 sigma și observația CMS cu 5,5 sigma, mai mare decât cea așteptată 4,9 sigma — făcându-le primele observații ale acestui proces.

Cuarcul de top este cea mai grea particulă din modelul standard, ceea ce înseamnă că este particula cu cele mai puternice legături cu bosonul Higgs. Acest lucru face ca quarcii de top să fie ideali pentru a căuta semne ale fizicii dincolo de Modelul standard.

Există o varietate de moduri de a produce un quarc de top. Cel mai frecvent, ele sunt observate în perechi de cuarci și antiquarci și, ocazional, pe cont propriu. Conform teoriei modelului standard, patru quarci de top – alcătuiți din două perechi de quarc de top – antiquarc – pot fi produși simultan.

Rata de producție este, totuși, estimată a fi de 70 de mii de ori mai mică decât cea a topului. perechile quark-antiquark, ceea ce face ca producția de patru quarci să fie evazivă. Dovezi pentru acest fenomen au fost găsite anterior de ATLAS în 2020 și 2021 și de CMS în 2022. Cu toate acestea, până în prezent, nu a existat niciodată o observație.

Pe lângă faptul că sunt rare, patru-top- producția de quarc este notoriu dificil de detectat. Când fizicienii caută un anumit eveniment, ei caută „semnătura” acestuia: proprietățile particulelor finale ale unei dezintegrare. Acestea oferă indicii despre evenimentele de scurtă durată pe care le caută. Fiecare quarc superior se descompune într-un boson W și un quarc inferior.

Bosonul W se poate descompune apoi într-un lepton încărcat și un neutrin sau într-o pereche quarc-antiquarc. Aceasta înseamnă că semnătura evenimentelor cu patru quarci de vârf poate fi foarte variată, conținând de la zero la patru leptoni încărcați și până la 12 jeturi produse de quarci. Acest lucru face ca căutarea semnăturii producției de patru cuarci de vârf să fie dificilă.

Pentru a ajuta la căutarea acestor evenimente, atât ATLAS, cât și CMS au folosit tehnici noi de învățare automată pentru a construi algoritmi care selectează patru cuarci de vârf. evenimentele candidatului. Analizele folosesc semnătura spectaculoasă a patru quarci de sus cu electroni multipli, muoni și jeturi (etichetate cu quarc-ul de jos) pentru a separa evenimentele cu patru quarci de sus de fundal datorită altor procese Model Standard cu rate de producție mai mari. Atât ATLAS, cât și CMS au căutat semnături de evenimente care conțineau doi sau mai mulți leptoni.

Prima observație directă a producției de patru quarci de vârf este un nou pas interesant în a afla mai multe despre această particulă fascinantă. Ambele experimente așteaptă cu nerăbdare să studieze în continuare acest fenomen în timpul LHC Run 3.

(Fluierul)