A colaboração do CMS no Large Hadron Collider (LHC) fez a medição mais precisa da massa do quark verdadeiro ou top (t-quark), a partícula elementar mais pesada conhecida. O último resultado do CMS estima a massa do quark top com uma precisão de cerca de 0,22%. Ganhos significativos em precisão são alcançados por meio de novos métodos de análise e procedimentos aprimorados que permitem o processamento sequencial e simultâneo de vários erros de medição.
Um conhecimento preciso da massa do quark top é fundamental para entender nosso mundo na menor escala. Conhecer a massa exata dessa partícula elementar mais pesada é de importância decisiva, pois permite verificar a consistência interna da descrição matemática de todas as partículas elementares, chamada de Modelo Padrão.
Por exemplo, se as massas do bóson W e do bóson de Higgs são conhecidas exatamente, a massa do quark top pode ser prevista pelo Modelo Padrão. Da mesma forma, usando as massas do quark top e do bóson de Higgs, pode-se prever a massa do bóson W.
Curiosamente, apesar do progresso significativo, a definição de massa na física teórica associada ao efeito das correções físicas quânticas ainda é difícil de determinar para o quark top.
E notavelmente, nosso conhecimento da própria estabilidade de nosso universo depende de nosso conhecimento conjunto das massas do bóson de Higgs e do quark top. Sabemos apenas que o Universo está muito próximo de um estado metaestável com a precisão das medições modernas da massa do top quark.
Se a massa do quark top fosse ligeiramente diferente, o universo seria menos estável a longo prazo, potencialmente desaparecendo em algum evento catastrófico como o Big Bang.
Para fazer a medição final da massa do quark top usando dados de colisão próton-próton do LHC coletados pelo detector CMS em 2016, a equipe do CMS mediu cinco propriedades diferentes de eventos de colisão em que um par de quarks top é produzido, em vez das três propriedades que foram medidos em análises anteriores. Essas propriedades dependem da massa do quark top.
Além disso, os cientistas realizaram uma calibração extremamente precisa dos dados do CMS e obtiveram uma compreensão profunda das incertezas experimentais e teóricas restantes e suas interdependências.
Com esse método inovador, todas essas incertezas também foram extraídas durante o ajuste matemático que determina a massa final do quark top, o que permitiu que algumas das incertezas pudessem ser estimadas com muito mais precisão.
O resultado de 171,77 ± 0,38 GeV está de acordo com as medições anteriores e a previsão do Modelo Padrão.
A colaboração CMS deu um passo significativo com este novo método para medir a massa do quark top. O tratamento estatístico avançado de incertezas e o uso de mais propriedades melhoraram muito as medições.
Outro grande passo é esperado quando a nova abordagem for aplicada ao conjunto de dados maior registrado pelo detector CMS em 2017 e 2018.
2022-04-20 13:28:40
Autor: Vitalii Babkin