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A assinatura clássica de um par de top-quarks produzido em colisões do LHC é de quatro jatos (cones amarelos), um múon (linha vermelha, também detectada pelos detectores de múons do CMS como caixas vermelhas) e falta de energia de um neutrino (seta rosa). (Imagem: CERN)
O conhecimento preciso da massa do top-quark é de suma importância para entender nosso mundo na menor escala.
A colaboração do CMS no Large Hadron Collider (LHC) realizou a medição mais precisa já feita da massa do quark top – a partícula elementar mais pesada conhecida. O último resultado do CMS estima o valor da massa do top-quark com uma precisão de cerca de 0,22%. O ganho substancial em precisão vem de novos métodos de análise e procedimentos aprimorados para tratar de forma consistente e simultânea diferentes incertezas na medição.
O conhecimento preciso da massa do top-quark é de suma importância para entender nosso mundo na menor escala. Conhecer essa partícula elementar mais pesada o mais intimamente possível é crucial porque permite testar 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 forem conhecidas com precisão, a massa do quark top pode ser prevista pelo Modelo Padrão. Da mesma forma, usando as massas do top-quark e do bóson de Higgs, a massa do bóson W pode ser prevista. Curiosamente, apesar de muito progresso, a definição teórico-física de massa, que tem a ver com o efeito das correções da física quântica, ainda é difícil de definir para o quark top.
E notavelmente, nosso conhecimento da própria estabilidade de nosso universo depende de nosso conhecimento combinado das massas do bóson de Higgs e dos quarks top. Sabemos apenas que o universo está muito próximo de um estado metaestável com a precisão das medições atuais da massa do top-quark. Se a massa do quark top fosse um pouco diferente, o universo seria menos estável a longo prazo, potencialmente desaparecendo em um evento violento semelhante ao Big Bang.
Para fazer sua última medição da massa do top-quark, usando dados de colisões próton-próton do LHC coletadas 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 de até três propriedades que foram medidas em análises anteriores. Essas propriedades dependem da massa do quark top.
Além disso, a equipe realizou uma calibração extremamente precisa dos dados do CMS e obteve 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 o valor final da massa do top-quark, e isso fez com que algumas das incertezas pudessem ser estimadas com muito mais precisão. O resultado, 171,77 ± 0,38 GeV, é consistente com as medições anteriores e com a previsão do Modelo Padrão.
A colaboração do CMS deu um salto significativo com este novo método para medir a massa do top-quark. O tratamento estatístico de ponta das incertezas e o uso de mais propriedades melhoraram muito a medição. Outro grande passo é esperado quando a nova abordagem for aplicada ao conjunto de dados mais extenso registrado pelo detector CMS em 2017 e 2018.
Fonte: CERN / Por colaboração CMS / Publicação 19-04-2022
https://home.cern/news/news/physics/cms-measures-mass-top-quark-unparalleled-accuracy
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Hélio R.M.Cabral (Economista, Escritor e Divulgador de conteúdos da Astronomia, Astrofísica, Astrobiologia e Climatologia).Participou do curso (EAD) de Astrofísica, concluído em 2020, pela Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC).
Autor do livro: “Conhecendo o Sol e outras Estrelas”.
Acompanha e divulga os conteúdos científicos da NASA (National Aeronautics and Space Administration), ESA (European Space Agency) e outras organizações científicas e tecnológicas.
Participa do projeto S`Cool Ground Observation (Observações de Nuvens) que é integrado ao Projeto CERES (Clouds and Earth´s Radiant Energy System) administrado pela NASA. A partir de 2019, tornou-se membro da Sociedade Astronômica Brasileira (SAB), como astrônomo amador.
Participa também do projeto The Globe Program / NASA Globe Cloud, um Programa de Ciência e Educação Worldwide, que também tem o objetivo de monitorar o Clima em toda a Terra. Este projeto é patrocinado pela NASA e National Science Fundation (NSF), e apoiado pela National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) e U.S Department of State.
e-mail: heliocabral@coseno.com.br
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