ATLASはシングルトップクォークと反クォークの分極を測定しました

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ビデオ: ハドロン物理学 2023, 2月
ATLASはシングルトップクォークと反クォークの分極を測定しました
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Anonim
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大型ハドロン衝突型加速器でのATLAS実験の参加者は、他の2つのクォーク間でWボソンを交換する際に生成されたトップクォークと反クォークの分極を測定しました。科学者たちは、トップクォークの崩壊におけるレプトンの分布が元の粒子のスピンの方向に依存するという事実を利用しました。これは、それらからその分極を見つけることもできることを意味します。さらに、物理学者は、トップクォークと反クォークの生成の研究されたプロセスのウィルソン係数に対する既存の制限を強化しました。その値は新しい物理学に敏感です。コラボレーションのウェブサイトに公開された実験の結果によると、測定値は標準モデルの予測と一致していました。

トップクォーク(別名tクォーク)は、6つの開いたクォークの中で最も重いため、クォークに固有の多くの特性があります。たとえば、寿命が非常に短いため、これは崩壊する前にハドロン化される(異なる色の1つまたは複数のクォークを取得してハドロンの一部になる)時間がない唯一のクォークです。さらに、その質量が大きいため、ヒッグス場と特に強く相互作用します。これらすべてがトップクォークに研究者の注目を集めており、科学者はこの粒子の特性を取得して研究するための機械として大型ハドロン衝突型加速器を使用しています。特に、物理学者は、粒子のスピンの方向とその運動のベクトルとの関係を決定する、さまざまなプロセスにおけるトップクォーク(およびトップ反クォーク)の分極を研究することに関心があります。

ほとんどの場合、LHCでの陽子-陽子衝突のトップクォークは、トップクォークとトップ反クォークのペアで生まれます。このようなイベントの場合、ATLAS実験では、生成されたクォークの分極を以前に測定し、ゼロに近い期待値を取得しました(このようなペアプロセスでは、クォークは実質的に分極されていません)。ただし、トップクォークは同じ名前の反クォークなしで生まれることができます。ほとんどの場合、このプロセスは、タイプが変更された2つのクォーク間のWボソン交換の形でいわゆるtチャネルを介して行われます。この場合、トップクォークのスピンの方向は、主にそのペアのクォークの運動の方向によって決定されます。それにもかかわらず、標準模型内の他のプロセスも最終的な分極に寄与し、その最終的な値は、まだ発見されていない素粒子の影響を受ける可能性があります。さらに、分極の値は反クォークでは異なるはずです。

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Tチャネルでのトップクォークとトップ反クォークの単一生成のプロセスのファインマン図。

現在、ATLAS実験の参加者は、上記のtチャネルに沿った2つのクォークの相互作用の過程で1つずつ生成されたトップクォークとトップクォークの両方の分極を実験的に測定しました。これを行うには、13 TeVのエネルギーでの陽子-陽子衝突に関する一般的なデータセットから、他の2つのクォーク間のWボソン交換の過程で正確に1つのトップクォークまたは反クォークが生成されるイベントを選択する必要がありました。 。この場合、選択基準はイベントにおける2つのハドロンジェットの存在であり、そのうちの1つは、トップクォークが崩壊するボトムクォークのハドロン化の特徴である必要があります。さらに、物理学者は、トップクォーク自体のスピンに依存する方向への粒子の分布である、トップクォークのレプトン崩壊チャネルを分離する必要がありました。このために、科学者はちょうど1つの電子またはミューオンが生まれたイベントを選択しました。さらに、このような減衰の形状は、大量の失われた(検出器からは見えない)横運動量を想定しています。これは、イベントを選択するときにも考慮されました。

選択されたイベントでは、科学者はトップクォークまたは反クォークの運動方向に対して特定の角度で逃げるレプトンの確率を測定しました。レプトン崩壊の場合、これらの確率は崩壊する粒子のスピンの方向に直接関係しているため、物理学者は、tチャネルで生成された単一のトップクォークとトップ反クォークの分極値を決定することができました。得られた値(および生成されたレプトンの断面積の分布)は、標準モデルの予測と誤差の範囲内で一致しました。予想通り、トップクォークの場合、それらのスピンと動きベクトルは実質的に同方向であることが判明し、反クォークの場合、それらは反対であることが判明しました。

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トップクォーク(右)とトップクォーク(左)のZ軸とX軸上の偏光ベクトルの投影の取得値。赤いアスタリスクは標準モデルの予測であり、黒い円は物理的に可能な値の範囲の境界です。

また、研究された崩壊について、研究者はいわゆるウィルソン係数を測定しました-有効場の理論の枠組みの中で演算子の形で標準模型へのエキゾチックな補正の寄与を決定する数値。実際、これらの係数により、実験で測定された分布と分極に対する、まだ発見されていない粒子の寄与や、新しい物理学の他の効果を数値的に推定することができます。 ATLASの参加者は、CtWとCitWの2つの係数に制限を設けることができました。 2番目の係数については、得られた制約が現時点で最も強いことが判明しました。両方の値は、誤差の範囲内で、ゼロに近いことが判明しました。これは、科学者が観測された現象で標準模型の外の物理学を観測しなかったことを意味します。

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ウィルソンの係数の取得値。赤いアスタリスクは標準モデルの予測です。

大型ハドロン衝突型加速器のトップクォークは、陽子の衝突だけでなく、核-核イベントでもトップクォークの痕跡が見つかったと以前に書いた。さらに、トップクォーク自体が、物理学者がヒッグスメカニズムを特定の精度で研究するのに役立ちます。

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