Les physiciens trouvent des preuves solides de la production de quark à quatre têtes

Avatar photo

Les physiciens de la collaboration ATLAS au Grand collisionneur de hadrons du CERN ont découvert des preuves solides de la production de quatre quarks supérieurs. Ce processus rare ne devrait se produire qu’une fois pour 70 000 paires de quarks supérieurs créées au Grand collisionneur de hadrons.

Représentation d'un événement candidat à quatre quarks top, où deux des quarks top se désintègrent leptoniquement -- l'un avec un muon (rouge) et l'autre avec un électron (vert) -- et deux quarks top se désintègrent hadroniquement (rectangles verts et jaunes). Les jets -- jets b-tagged -- sont représentés par des cônes jaunes (bleus). Crédit image : Collaboration ATLAS / CERN.

Représentation d’un événement candidat à quatre quarks supérieurs, où deux des quarks supérieurs se désintègrent leptoniquement – l’un avec un muon résultant (rouge) et l’autre avec un électron (vert) – et deux quarks supérieurs se désintègrent hadroniquement (rectangles verts et jaunes). Les jets – b-tagged jets – sont représentés par des cônes jaunes (bleus). Crédit image : Collaboration ATLAS / CERN.

“Le quark top est la particule élémentaire la plus massive du modèle standard, avec une valeur de 173 GeV, ce qui équivaut à la masse d’un atome d’or “, ont déclaré les physiciens d’ATLAS.

“Mais contrairement à l’or, dont la masse est principalement due à la force de liaison nucléaire, le quark top tire toute sa masse de l’interaction avec le champ de Higgs.”

“Ainsi, lorsque quatre quarks top sont produits dans un seul événement, ils créent l’état final de la particule la plus lourde jamais vue au Grand collisionneur de hadrons, avec près de 700 GeV au total.”

Dans leur recherche de la production de quatre quarks supérieurs, les physiciens ont étudié des données enregistrées entre 2015 et 2018.

“Lorsqu’il est produit par des collisions proton-proton au Grand collisionneur de hadrons, ce processus laisse des signatures dans le détecteur ATLAS”, ont-ils expliqué.

“Les quatre quarks supérieurs produisent quatre bosons W et quatre jets provenant des quarks inférieurs”.

“Les bosons W se désintègrent ensuite, à leur tour, chacun en deux jets ou en un lepton chargé et un neutrino invisible.”

“Dans une dernière étape, les leptons tau se désintègrent en un lepton plus léger ou un jet, avec des neutrinos supplémentaires.”

Pour ce résultat, les chercheurs ont choisi de se concentrer sur les événements de collision produisant deux leptons de même charge ou trois leptons.

“Nous avons formé un discriminant multivarié en utilisant les caractéristiques distinctes du signal, y compris le nombre élevé de jets, leur origine de saveur quark, ainsi que les énergies et les distributions angulaires des particules mesurées”, ont-ils déclaré.

“Les principaux processus de fond qui ressemblent au signal proviennent de la production d’une paire de quarks supérieurs en association avec d’autres particules, telles qu’un boson W ou Z, un boson de Higgs ou un autre quark supérieur.”

Chaque processus d’arrière-plan a été évalué individuellement, principalement par des simulations dédiées qui incluaient des informations provenant des meilleures prédictions théoriques disponibles.

Les processus de fond les plus difficiles – la production de paires de quarks supérieurs avec un boson W et les processus de fond avec de faux leptons – ont dû être déterminés à l’aide de données provenant de régions de contrôle dédiées.

“Les faux leptons apparaissent lorsque la charge d’un lepton est mal identifiée, ou lorsque les leptons proviennent d’un processus différent, mais sont attribués au signal”, ont déclaré les scientifiques.

“Les deux devaient être bien compris et évalués avec précision afin de réduire l’incertitude systématique sur le résultat final.”

“Nous avons mesuré la section transversale pour la production de quatre quarks supérieurs à 24 %.+7-6 fb, ce qui est conforme à la prédiction du modèle standard (12 fb) à 1,7 écart-type. “

“La signification du signal s’élève à 4,3 écarts-types, pour une signification attendue de 2,4 écarts-types si le signal de quatre quarks supérieurs était égal à la prédiction du modèle standard. La mesure fournit des preuves solides pour ce processus.”

Related Posts