На конференции в Морионде коллаборации ATLAS и CMS представили наблюдения очень редкого процесса: одновременное образование четырех топ-кварков. Они наблюдались с использованием данных о столкновениях во время второго прогона Большого адронного коллайдера (БАК).
Результаты обоих экспериментов соответствуют требуемой статистической значимости пяти сигм, чтобы считаться наблюдением — наблюдение ATLAS с 6,1 сигма, выше, чем ожидаемая значимость 4,3 сигма, и наблюдение CMS с 5,5 сигма, выше, чем ожидаемые 4,9 сигма, — что делает их первые наблюдения за этим процессом.
Топ-кварк — самая тяжелая частица в Стандартной модели, а это означает, что это частица с самыми сильными связями с бозоном Хиггса. Это делает топ-кварки идеальными для поиска признаков физики за пределами Стандартной модели.
Существует множество способов получения топ-кварка. Чаще всего они наблюдаются в парах кварков и антикварков, а иногда и сами по себе. Согласно теории Стандартной модели, четыре топ-кварка, состоящие из двух пар топ-кварк-антикварк, могут рождаться одновременно.
Однако прогнозируется, что скорость образования будет в 70 тысяч раз ниже, чем у пар топ-кварк-антикварк, что делает образование четырех топ-кварков неуловимым. Доказательства этого явления ранее были обнаружены ATLAS в 2020 и 2021 годах и CMS в 2022 году. Однако до сегодняшнего дня наблюдений не было.
Известно, что рождение четырех высших кварков встречается редко, но их трудно обнаружить. Когда физики ищут конкретное событие, они ищут его « подпись »: свойства конечных частиц распада. Они дают подсказки к краткосрочным событиям, которые они ищут. Каждый верхний кварк распадается на W-бозон и нижний кварк.
Затем бозон W может распасться либо на заряженный лептон и нейтрино, либо на пару кварк-антикварк. Это означает, что сигнатура событий с четырьмя топ-кварками может сильно варьироваться, включая от нуля до четырех заряженных лептонов и до 12 струй, создаваемых кварками. Это затрудняет поиск сигнатуры рождения четырех верхних кварков.
Чтобы помочь в поиске этих событий, и ATLAS, и CMS использовали новые методы машинного обучения для создания алгоритмов, которые выбирают события-кандидаты с четырьмя высшими кварками. В анализе используется впечатляющая сигнатура четырех верхних кварков с несколькими электронами, мюонами и струями (помеченными нижними кварками), чтобы отделить события с четырьмя верхними кварками от фона из-за других процессов Стандартной модели с более высокими скоростями образования. И ATLAS, и CMS искали сигнатуры событий, содержащие два или более лептона.
Первое прямое наблюдение образования четырех топ-кварков — новый захватывающий шаг в изучении этой очаровательной частицы. Оба эксперимента рассчитывают продолжить изучение этого явления во время запуска LHC 3.
