Os quarks de topo nas colisões próton-próton do Grande Colisor de Hádrons (LHC) são produzidos predominantemente em pares, com um quark top e um antiquark top. A fim de medir as taxas de produção dos pares de quark top, o experimento ATLAS examinou eventos com um elétron, muon, e um ou dois jatos que provavelmente se originaram de quarks bottom. Ao comparar o número de eventos com um jato de quark bottom com aqueles com dois jatos de quark bottom, ATLAS foi capaz de determinar a taxa de produção total, bem como a eficiência da identificação de jatos com sabor de fundo.

Este método foi usado para explorar a cinemática dos elétrons e múons originados dos decaimentos do quark top. O resultado atinge um nível de precisão sem precedentes, com incertezas totais variando de 1 por cento a 15 por cento, fornecendo novos insights sobre a dinâmica da produção de quark top e melhorando nosso conhecimento da distribuição de glúons dentro do próton. O resultado também permitiu ao ATLAS fazer uma nova determinação precisa da massa do quark top.

A massa do quark superior é um parâmetro fundamental do Modelo Padrão, que prevê precisamente a relação entre as massas do quark top, Bósons W e Higgs. Quaisquer desvios desse padrão podem sugerir novas partículas ou fenômenos. A Figura 1 mostra os valores da massa do quark superior (m _t ) determinado a partir de cinco das taxas de produção medidas. Um dos pontos fortes desta medição vem de sua combinação de todas as distribuições cinemáticas, dando um valor de m _t =173,2 ± 1,6 GeV.

Medir a massa do quark top é extremamente desafiador. O quark top não pode ser observado diretamente; deve ser inferido indiretamente por meio de partículas decadentes. Além disso, medições da massa do quark superior são sempre afetadas por uma ambigüidade teórica irredutível, já que os quarks top são partículas sujeitas à forte interação e não podem decair isoladamente sem interagir com outros quarks e glúons produzidos no evento.

O uso de cinemática de elétron e múon ajudou a reduzir essas ambigüidades, e a nova medição ATLAS da massa do quark top tem uma ambigüidade teórica menor do que outras medições que examinam jatos de quarks bottom e mais leves. Esta nova medição é um passo importante em nossa compreensão do quark top.