大型ハドロン衝突型加速器（LHC）でのCMSの共同研究により、最も重い既知の素粒子である真のクォークまたはトップクォーク（tクォーク）の質量を最も正確に測定しました。最新のCMSの結果は、トップクォークの質量を約0.22％の精度で推定しています。さまざまな測定誤差の順次および同時処理を可能にする新しい分析方法と改善された手順により、精度が大幅に向上します。
トップクォークの質量を正確に知ることは、私たちの世界を最小のスケールで理解するために最も重要です。この最も重い素粒子の正確な質量を知ることは、標準模型と呼ばれるすべての素粒子の数学的記述の内部一貫性をチェックできるため、決定的に重要です。
たとえば、Wボソンとヒッグスボソンの質量が正確にわかっている場合、トップクォークの質量は標準模型で予測できます。同様に、トップクォークとヒッグス粒子の質量を使用して、Wボソンの質量を予測することができます。
興味深いことに、大きな進歩にもかかわらず、量子物理学の補正の効果に関連する理論物理学の質量の定義は、トップクォークについて決定するのが依然として困難です。
そして驚くべきことに、私たちの宇宙の非常に安定性に関する私たちの知識は、ヒッグス粒子とトップクォークの質量に関する私たちの共同知識に依存しています。私たちは、宇宙が準安定状態に非常に近く、トップクォークの質量の最新の測定の精度を備えていることを知っているだけです。
トップクォークの質量がわずかに異なる場合、宇宙は長期的には安定性が低くなり、ビッグバンのような壊滅的なイベントで最終的に消滅する可能性があります。
2016年にCMS検出器によって収集されたLHC陽子-陽子衝突データを使用してトップクォークの質量の最終測定を行うために、CMSチームは、3つのプロパティではなく、トップクォークのペアが生成される衝突イベントの5つの異なるプロパティを測定しました以前の分析で測定されたものです。これらの特性はトップクォークの質量に依存します。
さらに、科学者はCMSデータの非常に正確なキャリブレーションを実行し、残りの実験的および理論的不確実性とそれらの相互依存性について深い理解を得ました。
この革新的な方法では、これらの不確実性のすべてが、最終的なトップクォークの質量を決定する数学的フィッティング中にも抽出されました。これは、不確実性の一部をはるかに正確に推定できることを意味します。
171.77±0.38GeVの結果は、以前の測定値および標準モデルの予測と一致しています。
CMSのコラボレーションは、トップクォークの質量を測定するためのこの新しい方法で大きな前進を遂げました。不確実性の高度な統計処理とより多くのプロパティの使用により、測定が大幅に改善されました。
2017年と2018年にCMS検出器によって記録されたより大きなデータセットに新しいアプローチが適用されると、もう1つの大きなステップが期待されます。
2022-04-20 13:28:40
著者: Vitalii Babkin