La collaboration CMS au Grand collisionneur de hadrons (LHC) a réalisé la mesure la plus précise de la masse du quark vrai ou top (quark t), la particule élémentaire la plus lourde connue. Le dernier résultat de CMS estime la masse du quark top avec une précision d'environ 0,22 %. Des gains significatifs de précision sont obtenus grâce à de nouvelles méthodes d'analyse et à des procédures améliorées qui permettent un traitement séquentiel et simultané de diverses erreurs de mesure.
Une connaissance précise de la masse du quark top est primordiale pour comprendre notre monde à la plus petite échelle. Connaître la masse exacte de cette particule élémentaire la plus lourde est d'une importance décisive, car elle permet de vérifier la cohérence interne de la description mathématique de toutes les particules élémentaires, appelée Modèle Standard.
Par exemple, si les masses du boson W et du boson de Higgs sont connues avec précision, la masse du quark top peut être prédite par le modèle standard. De même, en utilisant les masses du quark top et du boson de Higgs, on peut prédire la masse du boson W.
Fait intéressant, malgré des progrès significatifs, la définition de la masse en physique théorique associée à l'effet des corrections physiques quantiques est encore difficile à déterminer pour le quark top.
Et remarquablement, notre connaissance de la stabilité même de notre univers dépend de notre connaissance conjointe des masses du boson de Higgs et du quark top. Nous savons seulement que l'Univers est très proche d'un état métastable avec la précision des mesures modernes de la masse du quark top.
Si la masse du quark top était légèrement différente, l'univers serait moins stable à long terme, pouvant éventuellement disparaître lors d'un événement catastrophique comme le Big Bang.
Pour effectuer la mesure finale de la masse du quark top à l'aide des données de collision proton-proton du LHC recueillies par le détecteur CMS en 2016, l'équipe CMS a mesuré cinq propriétés différentes d'événements de collision dans lesquels une paire de quarks top est produite, plutôt que les trois propriétés qui ont été mesurés dans les analyses précédentes. Ces propriétés dépendent de la masse du quark top.
De plus, les scientifiques ont effectué un étalonnage extrêmement précis des données CMS et ont acquis une compréhension approfondie des incertitudes expérimentales et théoriques restantes et de leurs interdépendances.
Avec cette méthode innovante, toutes ces incertitudes ont également été extraites lors de l'ajustement mathématique qui détermine la masse finale du quark top, ce qui a permis d'estimer beaucoup plus précisément certaines des incertitudes.
Le résultat de 171,77 ± 0,38 GeV est en accord avec les mesures précédentes et la prédiction du modèle standard.
La collaboration CMS a franchi une étape importante avec cette nouvelle méthode de mesure de la masse du quark top. La gestion statistique avancée des incertitudes et l'utilisation de plus de propriétés ont considérablement amélioré les mesures.
Une autre étape importante est attendue lorsque la nouvelle approche sera appliquée au plus grand ensemble de données enregistrées par le détecteur CMS en 2017 et 2018.
2022-04-20 13:28:40
Auteur: Vitalii Babkin