Figure 1 :Un événement candidat tt̄ observé lors d'une collision proton-proton Run 2. Les jets à grand rayon (grand-R) sont représentés en bleu, tandis que les jets restants sont de plus petit rayon. Les jets identifiés comme contenant des hadrons-b sont représentés en magenta. Les centres des ellipses magenta dans le pavé supérieur droit correspondent aux sommets secondaires. Les impulsions transversales des principaux et deuxièmes jets à grand R sont de 961 GeV et 824 GeV, respectivement. La masse invariante de dijet des deux grands jets R est de 3,33 TeV. Crédit :Collaboration ATLAS/CERN
Le quark top, la particule fondamentale la plus lourde connue, joue un rôle unique en physique des hautes énergies. Les études de ses propriétés ont ouvert de nouvelles opportunités pour approfondir notre connaissance du Modèle Standard. Dans un nouveau document soumis à Examen physique D , la collaboration ATLAS au CERN présente une mesure complète de la production de paires de quarks top à impulsion élevée à 13 TeV.
Les études sur les paires de quarks top à impulsion élevée sont difficiles, car c'est une chaîne avec un fond important. La nouvelle mesure ATLAS utilise une méthode pionnière tirant parti d'un effet relativiste connu sous le nom de boost de Lorentz. Les physiciens ont identifié un jet à grand rayon à l'intérieur du détecteur, le résultat de la désintégration d'une paire de quarks top à très haute impulsion en un faisceau de quarks.
La mesure des propriétés cinématiques du jet à grand rayon a permis aux physiciens d'ATLAS de comprendre celles du quark top dont il est issu. Cela a simplifié la reconstruction de chacun des deux quarks top, et a également amélioré la précision avec laquelle les prédictions théoriques pouvaient être comparées aux observations. Par ailleurs, en examinant le modèle d'énergie distribué à l'intérieur du jet et en différenciant les produits de désintégration de chaque quark top, il a été possible d'apprivoiser l'énorme bruit de fond généré par des interactions à deux jets beaucoup plus fréquentes (mais ici indésirables).
Dans le nouveau journal, la probabilité de produire une paire de quark top est étudiée en fonction de la quantité de mouvement, des variables de masse et angulaires invariantes décrivant les deux quarks top. Les distributions mesurées sont comparées à plusieurs calculs qui prennent en compte les effets de la mécanique quantique tels que l'émission de rayonnement associée aux quarks top, ou des boucles de particules virtuelles. Les résultats montrent que les calculs actuels prédisent plus de quarks top à très haute impulsion que ce qui est observé, confirmant et améliorant les mesures précédentes publiées par les expériences ATLAS et CMS. Remarquablement, la masse invariante des deux quarks top est également examinée avec une précision statistique sans précédent à des masses supérieures à 2 TeV. Celles-ci surviennent lors de collisions proton-proton où environ 20 % de l'énergie de collision est consacrée à la création des deux quarks top.
Figure 2 :Section efficace différentielle normalisée en fonction de la masse des deux jets de grand rayon dépliée à partir des données, par rapport à certains modèles Monte Carlo. Crédit :Collaboration ATLAS/CERN
Les physiciens d'ATLAS ont également étudié les corrélations angulaires des deux quarks top pour les signes de nouveaux processus physiques. Ils ont été trouvés en accord avec la prédiction du modèle standard, bien qu'un certain désaccord ait été observé dans les distributions cinématiques associées aux particules reculant de la paire top-quark. Alors que le nombre total de paires de quarks top est inférieur à la prédiction, la différence n'est pas statistiquement significative si l'on tient compte des incertitudes (plus importantes) provenant de la théorie elle-même.
Les nouvelles observations d'ATLAS mettent en évidence le besoin de calculs théoriques encore plus précis, une meilleure compréhension des sources d'incertitude et, bien sûr, plus de données ! Physiciens, théoriciens et ingénieurs travaillent d'arrache-pied sur les trois fronts.
