La firma classica di una coppia di quark top prodotta nelle collisioni con LHC è di quattro getti (coni gialli), un muone (linea rossa, rilevata anche dai rivelatori di muoni CMS come scatole rosse) e l'energia mancante da un neutrino (freccia rosa). Credito:CERN
La collaborazione CMS presso il Large Hadron Collider (LHC) ha eseguito la misurazione più accurata in assoluto della massa del quark top, la particella elementare più pesante conosciuta. L'ultimo risultato CMS stima il valore della massa del quark top con una precisione di circa lo 0,22%. Il sostanziale aumento di precisione deriva da nuovi metodi di analisi e procedure migliorate per trattare in modo coerente e simultaneo diverse incertezze nella misurazione.
La conoscenza precisa della massa dei quark top è di fondamentale importanza per comprendere il nostro mondo su scala ridotta. Conoscere questa particella elementare più pesante il più intimamente possibile è fondamentale perché consente di verificare la consistenza interna della descrizione matematica di tutte le particelle elementari, denominata Modello Standard.
Ad esempio, se le masse del bosone W e del bosone di Higgs sono note con precisione, la massa del quark top può essere prevista dal modello standard. Allo stesso modo, usando le masse del quark top e del bosone di Higgs, è possibile prevedere la massa del bosone W. È interessante notare che, nonostante i molti progressi, la definizione teorico-fisica di massa, che ha a che fare con l'effetto delle correzioni della fisica quantistica, è ancora difficile da definire per il quark top.
E notevolmente, la nostra conoscenza della stabilità stessa del nostro universo dipende dalla nostra conoscenza combinata delle masse del bosone di Higgs e dei quark top. Sappiamo solo che l'universo è molto vicino a uno stato metastabile con la precisione delle attuali misurazioni della massa del quark top. Se la massa del quark top fosse anche leggermente diversa, l'universo sarebbe meno stabile a lungo termine, fino a scomparire potenzialmente in un evento violento simile al Big Bang.
Per effettuare la loro ultima misurazione della massa dei quark top, utilizzando i dati delle collisioni protone-protone LHC raccolti dal rivelatore CMS nel 2016, il team CMS ha misurato cinque diverse proprietà degli eventi di collisione in cui viene prodotta una coppia di quark top, invece di fino a tre proprietà che sono state misurate nelle analisi precedenti. Queste proprietà dipendono dalla massa del quark top.
Inoltre, il team ha eseguito una calibrazione estremamente precisa dei dati CMS e ha acquisito una comprensione approfondita delle restanti incertezze sperimentali e teoriche e delle loro interdipendenze. Con questo metodo innovativo, tutte queste incertezze sono state estratte anche durante l'adattamento matematico che determina il valore finale della massa del quark top, e ciò significava che alcune delle incertezze potevano essere stimate in modo molto più accurato. Il risultato, 171,77±0,38 GeV, è coerente con le misurazioni precedenti e la previsione del Modello Standard.
La collaborazione CMS ha fatto un notevole passo avanti con questo nuovo metodo per misurare la massa dei quark top. Il trattamento statistico all'avanguardia delle incertezze e l'uso di più proprietà hanno notevolmente migliorato la misurazione. Un altro grande passo è previsto quando il nuovo approccio sarà applicato al più ampio set di dati registrato dal rivelatore CMS nel 2017 e nel 2018. + Esplora ulteriormente
