Les quarks top dans les collisions proton-proton du Grand collisionneur de hadrons (LHC) sont principalement produits par paires, avec un quark top et un antiquark top. Afin de mesurer les taux de production de paires de quarks supérieurs, l'expérience ATLAS a examiné des événements avec un électron, muon, et un ou deux jets qui provenaient probablement de quarks bottom. En comparant le nombre d'événements avec un jet de quark bottom à ceux avec deux jets de quark bottom, ATLAS a pu déterminer à la fois le taux de production total, ainsi que l'efficacité de l'identification des jets de fond.

Cette méthode a été utilisée pour explorer la cinématique des électrons et des muons provenant des désintégrations du quark top. Le résultat atteint un niveau de précision sans précédent, avec des incertitudes totales allant de 1 pour cent à 15 pour cent, fournir de nouvelles informations sur la dynamique de production du quark top et améliorer nos connaissances sur la distribution des gluons à l'intérieur du proton. Le résultat a également permis à ATLAS d'effectuer une nouvelle détermination précise de la masse du quark top.

La masse du quark top est un paramètre fondamental du modèle standard, qui prédit précisément la relation entre les masses du quark top, les bosons de W et de Higgs. Tout écart par rapport à ce modèle pourrait faire allusion à de nouvelles particules ou phénomènes. La figure 1 montre les valeurs de la masse du quark top (m t ) déterminé à partir de cinq des taux de production mesurés. L'un des points forts de cette mesure vient de sa combinaison de toutes les distributions cinématiques, donnant une valeur de m t =173,2 ± 1,6 GeV.

Mesurer la masse du quark top est extrêmement difficile. Le quark top ne peut pas être observé directement; elle doit être déduite indirectement par des particules en décomposition. En outre, les mesures de la masse du quark top sont toujours affectées d'une ambiguïté théorique irréductible, car les quarks top sont des particules soumises à l'interaction forte et ne peuvent se désintégrer isolément sans interagir avec d'autres quarks et gluons produits lors de l'événement.

L'utilisation de la cinématique électronique et muonique a permis de réduire ces ambiguïtés, et la nouvelle mesure ATLAS de la masse du quark top a une ambiguïté théorique plus faible que les autres mesures qui examinent les jets des quarks bottom et plus légers. Cette nouvelle mesure est une étape importante dans notre compréhension du quark top.