La collaborazione CMS al Large Hadron Collider (LHC) ha effettuato la misurazione più accurata della massa del quark vero o top (t-quark), la particella elementare più pesante conosciuta. L'ultimo risultato CMS stima la massa del quark top con una precisione di circa lo 0,22%. Significativi guadagni in termini di accuratezza si ottengono grazie a nuovi metodi di analisi e procedure migliorate che consentono l'elaborazione sequenziale e simultanea di vari errori di misurazione.
Una conoscenza accurata della massa del quark top è fondamentale per comprendere il nostro mondo su scala ridotta. Conoscere la massa esatta di questa particella elementare più pesante è di importanza decisiva, poiché consente di verificare la consistenza interna della descrizione matematica di tutte le particelle elementari, denominata Modello Standard.
Ad esempio, se le masse del bosone W e del bosone di Higgs sono note esattamente, la massa del quark top può essere prevista dal Modello Standard. Allo stesso modo, usando le masse del quark top e del bosone di Higgs, si può prevedere la massa del bosone W.
È interessante notare che, nonostante i progressi significativi, la definizione di massa nella fisica teorica associata all'effetto delle correzioni fisiche quantistiche è ancora difficile da determinare per il quark top.
E notevolmente, la nostra conoscenza della stabilità stessa del nostro universo dipende dalla nostra conoscenza congiunta delle masse del bosone di Higgs e del quark top. Sappiamo solo che l'Universo è molto vicino a uno stato metastabile con l'accuratezza delle moderne misurazioni della massa del quark top.
Se la massa del quark top fosse leggermente diversa, l'universo sarebbe meno stabile a lungo termine, potenzialmente scomparendo in qualche evento catastrofico come il Big Bang.
Per effettuare la misurazione finale della massa del quark superiore utilizzando i dati di collisione protone-protone di LHC raccolti dal rivelatore CMS nel 2016, il team CMS ha misurato cinque diverse proprietà degli eventi di collisione in cui viene prodotta una coppia di quark top, anziché le tre proprietà che sono stati misurati nelle analisi precedenti. Queste proprietà dipendono dalla massa del quark top.
Inoltre, gli scienziati hanno eseguito una calibrazione estremamente accurata dei dati CMS e hanno acquisito una profonda comprensione delle restanti incertezze sperimentali e teoriche e delle loro interdipendenze.
Con questo metodo innovativo, tutte queste incertezze sono state estratte anche durante l'adattamento matematico che determina la massa finale del quark top, il che significava che alcune delle incertezze potevano essere stimate in modo molto più accurato.
Il risultato di 171,77 ± 0,38 GeV è in accordo con le misurazioni precedenti e la previsione del Modello Standard.
La collaborazione CMS ha compiuto un significativo passo avanti con questo nuovo metodo per misurare la massa del quark top. La gestione statistica avanzata delle incertezze e l'uso di più proprietà hanno notevolmente migliorato le misurazioni.
Un altro grande passo è previsto quando il nuovo approccio verrà applicato al set di dati più ampio registrato dal rivelatore CMS nel 2017 e nel 2018.
2022-04-20 13:28:40
Autore: Vitalii Babkin