La colaboración ATLAS anunció en la conferencia de Moriond la observación de la producción simultánea de cuatro quarks top. Es uno de los procesos más raros y pesados jamás observados en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC). Esta medida, coordinada por Irfu, permite contrastar el modelo estándar de la física de partículas (la física de partículas es la rama de la física que estudia los constituyentes…) en sus predicciones más complejas.
Candidato cuatro trompos con tres leptones, siete jets de los cuales cuatro están etiquetados de b quark.
Al ser la partícula más pesada del modelo estándar, el quark top puede ser la clave para comprender el mecanismo de generación de masa de las partículas elementales. El estudio de la producción de cuatro quarks top es particularmente interesante en este sentido porque la existencia de nuevas partículas o nuevas fuerzas podría alterar la tasa de producción de cuatro quarks top predicha por el modelo estándar.
La colaboración ATLAS ya ha destacado esta producción en 2020 al analizar el conjunto (En teoría de conjuntos, un conjunto designa intuitivamente una colección…) de datos (En tecnología de la información (TI), un dato es una descripción elemental, a menudo… ) del LHC Run-2 a 13 TeV registrado entre 2015 y 2018 (ver FM a continuación). La investigación (Investigación científica designa en primer lugar el conjunto de acciones emprendidas con el fin de…) se llevó a cabo en el canal donde dos o tres quarks top decaen en leptones, dando lugar a un estado final con dos leptones del mismo carga o tres leptones. Incluso si estas firmas solo corresponden al 13% de todas las posibles desintegraciones de los cuatro top quarks, tienen la ventaja de estar contaminadas por menos ruido de fondo (en su significado actual, la palabra ruido se acerca al significado principal de la palabra sonido….), lo que facilita el aislamiento de la señal ( Términos generales Una señal es un mensaje simplificado y generalmente codificado. Existe…).
Comparación de la salida de GNN entre los datos (puntos negros) y las predicciones después de ajustar los datos. La señal de cuatro quarks top se muestra en rojo.
Para este nuevo resultado, los físicos de ATLAS revisaron el análisis del mismo lote de datos aprovechando los últimos avances en el rendimiento del detector y en los algoritmos para la identificación de partículas gracias a un profundo conocimiento a lo largo de los años, en el uso nuevas técnicas de análisis y una mejor comprensión de los principales ruidos de fondo. En particular, se ha desarrollado una nueva técnica para estimar el ruido de fondo principal, basada directamente en las regiones de control (La palabra control puede tener varios significados. Puede usarse como sinónimo de examen, para…). Para aumentar aún más la separación (En términos generales, la palabra separación designa una acción que consiste en separar algunos…) entre la señal de cuatro top quarks y el ruido de fondo, un algoritmo de inteligencia artificial (La inteligencia artificial o computación cognitiva es la más sensible «buscar caminos…), denominada red (Una red informática es un conjunto de equipos conectados entre sí para intercambiar…) de neuronas gráficas (GNN). La salida de este GNN se muestra en la siguiente figura, demostrando su poder de separación entre la señal (en rojo) y los diversos ruidos de fondo.
Estas mejoras finalmente permitieron que la colaboración de ATLAS aumentara significativamente la sensibilidad del análisis y anunciara la observación de la producción simultánea de cuatro quarks top con significancia estadística. sobre una muestra…) de 6.1 desviaciones estándar (más allá de las 5 desviaciones estándar generalmente utilizado como umbral de observación). La tasa de producción medida es 1,9 veces mayor que la predicción del modelo estándar, pero sin embargo es compatible con ella debido a la magnitud de los errores en la medición.
Además de medir la tasa de producción de cuatro quarks top, los físicos de ATLAS también buscaron signos de nueva física en esta producción, particularmente en el acoplamiento del quark top con el bosón de Higgs (El bosón de Higgs es una partícula elemental cuya existencia ha sido …) o con gluones u otro quark top, sin éxito por el momento.
La colaboración ATLAS continuará su búsqueda de precisión con el LHC Run-3 que comenzó en 2022. Los nuevos datos recopilados a una energía superior a 13,6 TeV permitirán saber si la señal realmente se ajusta a las predicciones del modelo estándar o si esconde nuevos fenómenos, aún desconocidos.
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