I quark top nelle collisioni protone-protone del Large Hadron Collider (LHC) sono prodotti prevalentemente in coppie, con un quark top e un antiquark top. Per misurare i tassi di produzione delle coppie di quark top, l'esperimento ATLAS ha esaminato gli eventi con un elettrone, muone, e uno o due getti probabilmente originati da quark bottom. Confrontando il numero di eventi con un jet di quark bottom con quelli con due jet di quark bottom, ATLAS è stata in grado di determinare sia il tasso di produzione totale, così come l'efficienza di identificare i getti dal sapore di fondo.

Questo metodo è stato utilizzato per esplorare la cinematica degli elettroni e dei muoni originati dai decadimenti dei quark top. Il risultato raggiunge un livello di precisione senza precedenti, con incertezze totali che vanno dall'1 al 15%, fornendo nuove informazioni sulle dinamiche della produzione di quark top e migliorando la nostra conoscenza della distribuzione dei gluoni all'interno del protone. Il risultato ha anche permesso ad ATLAS di effettuare una nuova e precisa determinazione della massa del quark top.

La massa del quark top è un parametro fondamentale del Modello Standard, che predice precisamente la relazione tra le masse del quark top, W e bosoni di Higgs. Qualsiasi deviazione da questo schema potrebbe suggerire nuove particelle o fenomeni. La Figura 1 mostra i valori della massa del quark top (m _T ) determinato da cinque dei tassi di produzione misurati. Uno dei punti di forza di questa misura deriva dalla sua combinazione di tutte le distribuzioni cinematiche, dando un valore di m _T =173,2 ± 1,6 GeV.

Misurare la massa del quark top è estremamente impegnativo. Il quark top non può essere osservato direttamente; deve essere dedotto indirettamente attraverso particelle decadute. Inoltre, le misure della massa del quark top sono sempre affette da un'irriducibile ambiguità teorica, in quanto i quark top sono particelle soggette all'interazione forte e non possono decadere isolatamente senza interagire con altri quark e gluoni prodotti nell'evento.

L'uso della cinematica di elettroni e muoni ha contribuito a ridurre queste ambiguità, e la nuova misurazione ATLAS della massa del quark top ha un'ambiguità teorica minore rispetto ad altre misurazioni che esaminano i getti dei quark bottom e più leggeri. Questa nuova misurazione è un importante passo avanti nella nostra comprensione del quark top.