Distributions de mlb représentant différentes valeurs de la largeur de désintégration du quark top (Γt). Le panneau inférieur montre le rapport des largeurs alternatives à la prédiction du modèle standard. Crédit :Collaboration ATLAS/CERN
En tant que particule la plus lourde connue, le quark top joue un rôle clé dans les études des interactions fondamentales. En raison de sa courte durée de vie, le quark top se désintègre avant de pouvoir se transformer en hadron. Ainsi, ses propriétés sont préservées et transférées à ses produits de décomposition, qui peuvent à leur tour être mesurés dans des expériences de physique des hautes énergies. De telles études constituent un excellent terrain d'essai pour le modèle standard et peuvent fournir des indices pour une nouvelle physique.
Un paramètre clé examiné par la collaboration ATLAS au CERN est la "largeur de désintégration" du quark top, qui est lié à la durée de vie et aux modes de désintégration de la particule. Les désintégrations résultant de la nouvelle physique pourraient modifier la largeur de désintégration, rendant sa mesure précise particulièrement importante. Dans le modèle standard, les calculs théoriques prédisent une valeur de largeur de désintégration de 1,32 GeV pour une masse de quark top de 172,5 GeV.
La collaboration ATLAS a présenté une nouvelle mesure de la largeur de désintégration du quark top au Lepton Photon Symposium à Toronto, Canada. L'analyse utilise l'ensemble de données complet de Run 2 the Large Hadron Collider (LHC) - avec une luminosité intégrée correspondante de 139 fb -1 – pour fournir la meilleure précision d'ATLAS à ce jour.
La nouvelle analyse adopte une approche directe de la mesure de la largeur de désintégration du quark top. Les physiciens d'ATLAS ont sélectionné des événements de collision où les paires de quarks top se désintègrent en deux leptons chargés (électrons ou muons) de charge électrique opposée. Ce canal de désintégration a une pureté plus élevée des événements de signal et des incertitudes systématiques plus petites par rapport aux canaux alternatifs. ATLAS a mesuré la masse invariante des leptons et les "b-jets" résultants des désintégrations du quark top observées dans le détecteur, pour déterminer la largeur de désintégration du quark top.
La courbe bleue représente les valeurs de la fonction de vraisemblance utilisée dans l'ajustement aux données, calculé pour plusieurs valeurs de la largeur du quark top (Γt). Le minimum représente la valeur la plus probable de t. Les lignes pointillées rouges représentent les limites de 1, 2 et 3 écarts types. Crédit :Collaboration ATLAS/CERN
La masse invariante du lepton et d'un b-jet (m
La nouvelle mesure de la largeur de désintégration du quark top est dominée par des incertitudes systématiques provenant principalement de la mesure des énergies des jets. Pour faire face à ces incertitudes, Les physiciens d'ATLAS ont utilisé une nouvelle approche de l'ajustement qui combinait des modèles, représentant différentes valeurs de la largeur de décroissance, et une technique de profil de vraisemblance, où les sources d'incertitudes systématiques entrent directement dans l'ajustement. Les physiciens ont testé la procédure d'ajustement pour garantir la stabilité de l'ajustement et la robustesse aux effets statistiques. En effet, des tests avec un modèle systématique complet ont été menés pour vérifier que la procédure pouvait reproduire la largeur de décroissance prédite par le modèle standard, ainsi que d'éventuels écarts. Cette nouvelle technique, combiner des ajustements de modèle et de vraisemblance de profil, peut être utilisé dans d'autres mesures en dehors de la physique des quarks top.
Le nouveau résultat d'ATLAS donne une valeur de la largeur de désintégration du quark top de 1,9 ± 0,5 GeV, en accord avec le modèle standard. Cela marque une amélioration significative de la précision par rapport aux mesures précédentes analysant les données du LHC à 8 TeV.
