CMS maß den Querschnitt für die Herstellung von Top-Quark-Paaren • Igor Ivanov • Wissenschaftsnachrichten zu "Elementen" • Verifikation des Standardmodells, CMS-Detektor

CMS hat die Produktion von Top-Quark-Paaren gemessen

Abb. 1. Der Wirkungsquerschnitt für die Herstellung von Top-Quark-Paaren in Proton-Antiproton-Kollisionen (blaue Kurve – Theorievorhersage, Sternchen – Tevatron-Ergebnis) und in Protonenkollisionen am LHC (grüne theoretische Kurve und Zeichen – CMS Ergebnisse bei verschiedenen Energien). Bild aus dem Artikel zur Diskussion

Wenn ein Collider – irgendjemand, nicht nur der LHC – neue, bisher unzugängliche Energielinien erreicht, "entdecken" Physiker das "Standardmodell" zunächst einmal neu, das heißt, sie bestätigen, dass alle unterstützenden Prozesse wie vorhergesagt erhalten werden. In den ersten Stunden und Tagen der Collider-Operation in der LHC-Run-2-Sitzung wurden alle bekannten Teilchen mit Ausnahme des Higgs-Bosons wiederentdeckt. Die nächsten in der Liste der Messungen sind die Querschnitte für die Herstellung von schweren Teilchen und insbesondere der Querschnitt für die Herstellung von Top-Quark-Antiquark-Paaren.

Es muss gesagt werden, dass dieser Querschnitt stark mit der Energie von Protonen zunimmt. Der Grund dafür ist, dass die oberen Anti-Top-Paare in der Kollision nicht von allen Protonen, sondern von einzelnen Partonen (Quarks oder Gluonen) in ihnen geboren werden. Da die überwiegende Mehrheit der Partone eine niedrige Energie hat, ist die Wahrscheinlichkeit, schwere Top-Quark-Paare zu produzieren, in der Regel gering.Wenn jedoch die Protonenenergie ansteigt, steigt der Anteil an Partonen, die in der Lage sind, Top-Quarks zu erzeugen, dramatisch an, daher das Wachstum des Querschnitts.

Theoretiker haben diese Abhängigkeit gezählt und vorhergesagt, dass sich der Querschnitt von 8 TeV auf 13 TeV um etwa das 3-fache erhöhen sollte. Die Berechnung ist ziemlich mühsam; Es berücksichtigte nicht nur die einfachsten Streuprozesse, sondern auch Ein- und Zwei-Schleifen-Diagramme, sowie die Wiederaufnahmeeffekte einer bestimmten Klasse von Diagrammen. Ähnliche Berechnungen werden später für interessantere Prozesse verwendet, so dass die Experimentatoren jetzt davon überzeugt werden müssen, dass im Fall des oberen Anti-Top-Paares alles zu den Vorhersagen passt.

Kürzlich wurde ein Artikel der CMS Collaboration mit dem Ergebnis dieser Messung von 13 TeV Energie veröffentlicht (Abb. 1). Statistiken wurden analysiert, die einer Leuchtkraft von 0,042 fb entsprechen−1 (zum Vergleich: fast hundert Mal mehr ist bereits angesammelt). Top-Quarks, die in ein W-Boson und ein B-Quark zerfallen, wurden durch Lepton-Zerfälle von W-Teilchen identifiziert. Aufgrund der Tatsache, dass der Abschnitt dramatisch zugenommen hat, war es sogar mit solch mageren Statistiken möglich, es ziemlich zuverlässig zu messen und einen Punkt auf dem Graphen zu zeichnen.Sie entspricht innerhalb der Fehlergrenzen einer theoretischen Kurve.

Die ATLAS-Kollaboration beschränkt sich immer noch auf vorläufige Ergebnisse, die für Konferenzen vorbereitet wurden, aber es wird wahrscheinlich bald ihre Ergebnisse präsentieren. Bereits vorläufige Ergebnisse zeigen jedoch, dass auch hier alles in Ordnung ist.


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