Figura 1:A distribuição de saída da rede neural (ONN) para uma das regiões de sinal. Os dados são mostrados em preto. O sinal simulado é mostrado em magenta. Os fundos são mostrados em outras cores. A parte alta do espectro ONN é dominada por eventos de sinal. Crédito:ATLAS Collaboration / CERN
Um quarto de século após sua descoberta, físicos do ATLAS Experiment no CERN estão obtendo novos insights sobre a partícula mais pesada conhecida, o quark superior. A enorme quantidade de dados coletados durante a execução 2 do LHC (2015-2018) permitiu aos físicos estudar os raros processos de produção do quark top em grande detalhe, incluindo sua produção em associação com outras partículas elementares pesadas.
Em um novo jornal, o ATLAS Collaboration relata a observação de um único quark top produzido em associação com um bóson Z (tZq) usando o conjunto de dados Run-2 completo, confirmando assim os resultados anteriores do ATLAS e CMS usando conjuntos de dados menores. Para alcançar este novo resultado, os físicos estudaram mais de 20 bilhões de eventos de colisão registrados pelo detector ATLAS, procurando eventos com três léptons isolados (elétrons ou múons), um desequilíbrio de momento no plano perpendicular (transversal) ao feixe de prótons, e dois ou três jatos de hádrons originados da fragmentação de quarks (com um jato originado de um quark b). Apenas cerca de 600 eventos candidatos com tal assinatura foram identificados (ou seja, a região do sinal) e, apesar dos rígidos critérios de seleção, espera-se que apenas cerca de 120 deles venham do processo de produção tZq.
Para melhor separar o sinal dos processos de segundo plano, Os físicos do ATLAS treinaram uma rede neural artificial para identificar eventos tZq usando dados simulados com precisão. A rede neural forneceu a cada evento uma pontuação (O NN ) que representou o quanto parecia o processo de sinal. Para verificar se a simulação fornecida à rede neural deu uma boa descrição dos dados reais, os físicos observaram eventos com assinaturas semelhantes (regiões de controle) que são dominados por processos de fundo. Várias distribuições cinemáticas dos 600 eventos de região de sinal selecionados também foram verificadas.
Figura 2:Distribuição do momento transversal reconstruído do bóson Z para eventos com uma saída da rede neural (ONN)> 0,4. Os dados são mostrados em preto. O sinal simulado é mostrado em magenta. Os fundos são mostrados em outras cores. Crédito:ATLAS Collaboration / CERN
Os pesquisadores avaliaram a pontuação da rede neural nas regiões de sinal (Figura 1) e de controle para que os níveis de fundo pudessem ser restringidos usando dados reais. O sinal tZq foi extraído e a taxa de tais eventos sendo produzidos na amostra de dados dada (isto é, a seção transversal) foi calculada. A incerteza na seção transversal extraída é de 14%. Isso é mais de um fator de dois mais preciso do que o resultado ATLAS anterior, que se baseou em quase quatro vezes menos dados (de 2015 e 2016). A seção transversal foi considerada de acordo com a previsão do Modelo Padrão, confirmando que mesmo as partículas mais pesadas no Modelo Padrão ainda se comportam como partículas elementares pontuais.
Avançar, selecionando eventos identificados pela rede neural como muito provavelmente eventos tZq (O NN > 0,4), Os físicos do ATLAS poderiam examinar se as distribuições cinemáticas são bem descritas pelos cálculos do modelo padrão. A Figura 2 mostra que esse é realmente o caso.
Com a observação do processo de produção tZq agora confirmada, Os pesquisadores do ATLAS podem antecipar seu estudo com ainda mais detalhes. Medições da seção transversal em função de variáveis cinemáticas permitirão aos físicos sondar cuidadosamente as interações do quark top com outras partículas. Mais dados revelarão alguns recursos inesperados? Ansioso para ver o que a Natureza está escondendo no mundo superior.
