Il quark superiore, la particella fondamentale più pesante conosciuta, gioca un ruolo unico nella fisica delle alte energie. Gli studi sulle sue proprietà hanno aperto nuove opportunità per approfondire la nostra conoscenza del Modello Standard. In un nuovo documento presentato a Revisione fisica D , la collaborazione ATLAS al CERN presenta una misurazione completa della produzione di coppie di quark top ad alto momento a 13 TeV.

Gli studi sulle coppie di quark top ad alto momento sono impegnativi, in quanto è un canale con un background significativo. La nuova misurazione ATLAS utilizza un metodo pionieristico che sfrutta un effetto relativistico noto come aumento di Lorentz. I fisici hanno identificato un getto a largo raggio all'interno del rivelatore, il risultato di una coppia di quark top con momento molto elevato che decade in un fascio di quark.

La misurazione delle proprietà cinematiche del getto a largo raggio ha permesso ai fisici di ATLAS di comprendere quelle del quark top da cui ha avuto origine. Ciò ha semplificato la ricostruzione di ciascuno dei due quark top, e ha anche migliorato l'accuratezza con cui le previsioni teoriche potrebbero essere confrontate con le osservazioni. Per di più, osservando il modello di energia distribuita all'interno del getto e differenziando i prodotti di decadimento di ciascun quark top, è stato possibile domare l'enorme sfondo generato da interazioni a due getti molto più frequenti (ma qui indesiderate).

Nel nuovo giornale, la probabilità di produrre una coppia di quark top è studiata in funzione della quantità di moto, massa invariante e variabili angolari che descrivono i due quark top. Le distribuzioni misurate vengono confrontate con diversi calcoli che tengono conto di effetti quantomeccanici come l'emissione di radiazione associata ai quark top, o loop di particelle virtuali. I risultati mostrano che i calcoli attuali prevedono più quark top a quantità di moto molto elevate di quelli osservati, confermando e migliorando le misurazioni precedenti pubblicate da entrambi gli esperimenti ATLAS e CMS. Sorprendentemente, viene inoltre esaminata la massa invariante dei due quark top con una precisione statistica senza precedenti a masse superiori a 2 TeV. Questi sorgono nelle collisioni protone-protone in cui circa il 20% dell'energia di collisione è andata nella creazione dei due quark top.

I fisici di ATLAS hanno anche studiato le correlazioni angolari dei due quark top per i segni di nuovi processi fisici. Sono stati trovati in accordo con la previsione del Modello Standard, sebbene sia stato osservato un certo disaccordo nelle distribuzioni cinematiche associate alle particelle che si ritirano dalla coppia di quark top. Mentre il numero complessivo di coppie di quark top è inferiore alla previsione, la differenza non è statisticamente significativa se si tiene conto delle (maggiori) incertezze derivanti dalla teoria stessa.

Le nuove osservazioni ATLAS evidenziano la necessità di calcoli teorici ancora più accurati, una migliore comprensione delle fonti di incertezza e, Certo, più dati! fisici, teorici e ingegneri sono al lavoro su tutti e tre i fronti.