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O detector ATLAS (Imagem: CERN)
O experimento ATLAS no LHC revela como pares de quarks top são produzidos junto com outros quarks pesados.
Em colisões entre prótons no Large Hadron Collider ( LHC ), pares de quarks top – as partículas elementares mais pesadas conhecidas – são frequentemente produzidos junto com outros quarks pesados, incluindo quarks bottom e charm. Esses eventos de colisão podem fornecer aos físicos insights valiosos sobre a cromodinâmica quântica (QCD), a teoria que descreve a força forte. Determinar precisamente as taxas de produção (ou “seções transversais”) desses processos também permite que os pesquisadores os diferenciem de forma mais eficaz de fenômenos mais raros.
Em dois estudos recentes, a colaboração ATLAS analisou dados de colisões próton-próton do LHC Run 2 (2015–2018) para medir a frequência com que pares de quarks top são produzidos junto com quarks bottom ou quarks charm e para explorar a dinâmica detalhada desses processos.
O primeiro estudo ATLAS focou em quão frequentemente pares de quarks top são criados junto com “jatos” de partículas produzidas por quarks bottom (b-jets). Para identificar (ou “marcar”) esses b-jets com alta precisão, os pesquisadores usaram ferramentas chamadas algoritmos de marcação de sabor, que procuram padrões específicos, como quão longe as partículas atravessam o detector ATLAS antes de decaírem.
Ao analisar eventos com pares elétron-múon de carga oposta e pelo menos três ou quatro b-jets, os físicos do ATLAS fizeram as medições mais precisas até o momento das seções transversais totais desse processo de par de quarks top nessas categorias de eventos. Essas medições superam a precisão das previsões teóricas atuais, especialmente em eventos com números maiores de b-jets. Os resultados foram comparados a múltiplas previsões teóricas para avaliar a precisão da modelagem desse processo.
Os pesquisadores também examinaram propriedades de movimento (ou “cinemáticas”), como os momentos dos b-jets e a energia total do jato, para testar o quão bem as simulações da produção de top-quark-pair correspondem aos dados. Suas descobertas apontam para áreas onde os modelos teóricos precisam de melhorias para capturar melhor as complexidades da produção adicional de b-jets.
O segundo estudo ATLAS , apresentado recentemente no 17º Workshop Internacional sobre Física de Quarks Top , abriu novos caminhos ao fornecer a primeira medição ATLAS dedicada de quão frequentemente pares de quarks top são produzidos junto com jatos originários de quarks charm (c-jets). Físicos do ATLAS analisaram eventos com um ou dois léptons (elétrons e múons), usando um algoritmo de marcação de sabor personalizado desenvolvido especificamente para este estudo para distinguir c-jets de b-jets e outros jatos. Este algoritmo foi essencial porque c-jets são ainda mais desafiadores de identificar do que b-jets, pois têm vidas úteis mais curtas e produzem assinaturas menos distintas no detector ATLAS.
O estudo descobriu que a maioria dos modelos teóricos forneceu concordância razoável com os dados, embora eles geralmente subestimassem as taxas de produção de c-jets. Esses resultados, que pela primeira vez determinaram separadamente as seções transversais para produção de quarks charm simples e múltiplos em eventos de pares de quarks top, destacam a necessidade de simulações refinadas desses processos para melhorar medições futuras.
Tomados em conjunto, esses estudos aprofundam a compreensão da relação do quark top com os quarks bottom e charm dentro da estrutura da QCD. Além disso, eles abrem caminho para novas explorações de processos mais raros envolvendo quarks top – como a produção simultânea de quatro quarks top – que podem expandir os limites da física conhecida.
Leia mais no site do ATLAS .
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Fonte: CERN / Por colaboração ATLAS / Publicação 16/10/2024
https://home.cern/news/news/physics/decoding-top-quarks-precision
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