Физики ЦЕРНА измерили массу Топ-кварка.

Физики из коллаборации CMS (Compact Muon Solenoid) на Большом адронном коллайдере (БАК) ЦЕРНА существенно улучшили точность измерения массы топ—кварка – самой тяжелой из известных элементарных частиц. Их новый результат (171,77 ГэВ) оценивает значение массы верхнего кварка с точностью около 0,22%. Выигрыш достигается за счет новых методов анализа и улучшенных процедур для последовательного одновременного учета неопределенностей в измерениях.

Точное знание массы верхнего кварка имеет первостепенное значение для понимания нашего мира в мельчайших масштабах. Изучение характеристик этой самой тяжелой элементарной частицы настолько точно, насколько это возможно, имеет решающее значение, поскольку оно позволяет проверить внутреннюю согласованность Стандартной модели.

Например, точно зная массу W-бозона и бозона Хиггса, с помощью Стандартной модели можно предсказать массу верхнего кварка, а следовательно, и массу W-бозона, используя массу верхнего кварка и массу бозона Хиггса. И что примечательно, сама стабильность нашей Вселенной зависит от точных значений масс бозона Хиггса и топ-кварков.

Физики знают только то, что наша Вселенная очень близка к метастабильному состоянию с нынешней точностью. Если бы масса верхнего кварка хотя бы немного отличалась, Вселенная была бы менее стабильной в долгосрочной перспективе, потенциально в конечном итоге исчезнув в результате сильного события, подобного Большому взрыву.

Классическая сигнатура пары топ-кварков, образующейся при столкновениях на БАКЕ, - это четыре струи (желтые конусы), один мюон (красная линия, также обнаруженная мюонными детекторами CMS в виде красных прямоугольников) и недостающая энергия нейтрино (розовая стрелка).

Чтобы провести свое последнее измерение массы топ-кварков, исследователи CMS использовали данные о столкновениях протон-протон БАК, собранные детектором CMS в 2016 году. Они измерили пять различных свойств событий столкновения, в которых образуется пара верхних кварков, вместо трех свойств, которые были измерены в предыдущих анализах. Кроме того, они выполнили чрезвычайно точную калибровку данных и получили глубокое понимание оставшихся экспериментальных и теоретических неопределенностей и их взаимозависимостей.

С помощью этого инновационного метода все неопределенности были также извлечены во время математической подгонки, которая определяет конечное значение массы топ-кварка, и это означало, что некоторые из неопределенностей можно было оценить гораздо точнее.

Результат команды, 171,77 ± 0,38 ГэВ, согласуется с предыдущими измерениями и прогнозом Стандартной модели.