Os físicos do Experimento ATLAS no CERN apresentaram novos resultados empolgantes no 10º Workshop Internacional sobre Física do Top Quark (TOP2017), realizado em Braga (Portugal). A conferência reuniu físicos experimentais e teóricos especializados na partícula elementar mais pesada conhecida:o quark top.

ATLAS divulgou seis novos resultados para o TOP2017, cobrindo todas as áreas da física do quark top, incluindo medições de precisão em um par de quark top e eventos de quark top único, procura por novos acoplamentos do quark top, e medições das propriedades do quark top, em particular sua massa.

Único ou duplo?

Os quarks top em colisões próton-próton do LHC são produzidos predominantemente em pares, com um quark top e um antiquark top. O ATLAS apresentou as medidas de seção transversal do primeiro par de quarks top como uma função de várias variáveis ​​que descrevem as propriedades cinemáticas da interação e dos quarks top individuais (medições "diferenciais"). Essas medições usaram eventos que contêm apenas jatos, e sem léptons carregados ou neutrinos. Normalmente, tais eventos seriam superados por outros, processos mais mundanos e muito mais abundantes, tais como interações fortes envolvendo a produção de glúons ou quarks mais leves. Contudo, concentrando-se em jatos energéticos dentro dos quais residem os produtos de decomposição do quark superior, o novo resultado do ATLAS atinge a melhor precisão até agora para este estado final.

Os quarks top únicos produzidos por meio da interação fraca também são difíceis de identificar, especialmente quando o quark top é produzido em associação com um bóson W (tW), que sofre de origens muito grandes de produção de pares de quarks superiores. Apesar desses desafios experimentais, a colaboração ATLAS lançou a primeira medição diferencial de seção transversal da produção de tW, usando o conjunto de dados completo coletado em 2015 e 2016. A medição está em geral de acordo com várias previsões, no entanto, mostra que os dados tendem a ter um pouco mais eventos com objetos de estado final de alto momentum.

O mais pesado de todos

Embora o quark top tenha sido descoberto há mais de 30 anos, muitas de suas propriedades só recentemente estão sendo medidas com alta precisão. A chave para qualquer estudo é a massa do quark superior, que fornece informações cruciais usadas para avaliar a consistência interna do Modelo Padrão e ainda tem implicações para o destino do universo.

Os experimentos enfrentam muitos desafios ao medir a massa do quark top com alta precisão. Identificar seus múltiplos produtos de decaimento requer medições precisas em todas as partes do detector ATLAS; a modelagem requintada do evento de colisão de maior produção e sua evolução subsequente também é essencial.

Uma nova medição ATLAS da massa do quark top estudada cerca de 36, 000 eventos de pares de quark top registrados em 2012 e medidos a massa de quark top com uma precisão de ± 0,91 GeV. Quando esta medição é combinada com outras medições de massa de quark top ATLAS, a precisão atinge ± 0,5 GeV, ou 0,3%, que rivaliza com os melhores resultados combinados de outros experimentos.

Movendo o topo para a frente

O quark top também é um laboratório único para estudar o aspecto da cor de interações fortes. "Cor" designa a carga da interação forte. O ATLAS apresentou medidas sensíveis a essa estrutura de cor observando o grau em que dois jatos são orientados um em direção ao outro. Outro observável, a chamada assimetria de carga do quark top (quanto o quark top está alinhado com a direção do feixe em comparação com o antiquark top) também é muito útil para testar características sutis da interação forte e pode revelar a presença de física além do modelo padrão.

O ATLAS combinou suas medições de assimetria de carga superior com as da colaboração CMS para reduzir as incertezas e obter um resultado mais preciso do que qualquer medição anterior. Esta é a primeira publicação conjunta ATLAS-CMS relacionada à física do quark top e é emblemática da natureza cooperativa da física de alta energia também enfatizada no TOP2017.

Nunca - quase?

O quark top também é uma ferramenta única para pesquisar diretamente novas extensões físicas do Modelo Padrão. A decadência do quark top para um bóson Z e um quark leve através de uma chamada corrente neutra de mudança de sabor (FCNC), que é proibido no Modelo Padrão, é previsto por teorias como supersimetria ou dimensões extras. Usando o conjunto de dados 13 TeV coletados em 2015 e 2016, nenhuma interação FCNC foi encontrada, e ATLAS definiu os limites mais rígidos até o momento neste processo.

Todos esses novos resultados empolgantes abrem o caminho para estudos mais detalhados do quark top com os conjuntos de dados maiores esperados do LHC na execução 2 e além. A colaboração do ATLAS espera continuar as discussões frutíferas entre teóricos e experimentalistas sobre suas medições.