ATLAS提供了對頂夸克衰減寬度的新直接測量 并提高了精度

作為最重的已知粒子，頂夸克在基礎相互作用的研究中起著關鍵作用。由于它的壽命很短，頂夸克在它變成強子之前衰變。因此，其性質得以保留并轉移到其衰變產物中，而衰變產物又可以在高能物理實驗中進行測量。這些研究為標準模型提供了一個很好的試驗場，并可能為新的物理學提供線索。

歐洲核子研究中心ATLAS Collaboration檢查的關鍵參數是頂夸克的“衰減寬度”，它與粒子的壽命和衰減模式有關。新物理產生的衰變可能會改變衰減寬度，使其精確測量變得尤為重要。在標準模型中，理論計算預測頂夸克質量為172.5 GeV時衰減寬度為1.32 GeV的值。

ATLAS Collaboration在加拿大多倫多舉行的Lepton Photon Symposium上展示了對頂夸克衰減寬度的新測量。該分析利用了Run 2大型強子對撞機(LHC)的完整數據集 - 相應的積分亮度為139 fb -1 - 來提供ATLAS的最佳精度。

新分析直接測量頂夸克衰減寬度。ATLAS物理學家選擇了碰撞事件，其中頂夸克對衰變成兩個帶相反電荷的帶電輕子(電子或μ子)。與替代信道相比，該衰減信道具有更高純度的信號事件和更小的系統(tǒng)不確定性。ATLAS測量了輕子的不變質量以及由探測器中觀察到的頂夸克衰變產生的“b-jets”，以確定頂夸克衰變寬度。

藍色曲線表示用于擬合數據的似然函數的值，針對頂夸克寬度(Γt)的多個值計算。最小值表示最可能的Γt值。紅色虛線表示1,2和3標準偏差的限制。圖片來源：ATLAS Collaboration / CERN

輕子的恒定質量和b射流(m lb)對頂夸克衰變寬度敏感，但只有當兩者都來自同一頂夸克的衰變時。物理學家使用一個簡單的標準，觀察帶電輕子和射流之間的最小角距，以使它們相互匹配并重建它們的不變質量。

頂夸克衰變寬度的新測量主要由系統(tǒng)不確定性決定，主要來自噴射能量的測量。為了應對這些不確定性，ATLAS物理學家采用了一種新穎的方法來組合模板，代表不同的衰減寬度值，以及輪廓可能性技術，其中系統(tǒng)不確定性的來源直接進入擬合。物理學家測試了擬合程序，以確保擬合穩(wěn)定性和統(tǒng)計效果的穩(wěn)健性。實際上，進行了具有完整系統(tǒng)模型的測試以驗證該程序可以再現標準模型預測的衰減寬度以及任何可能的偏差。這種新開發(fā)的技術，結合模板和輪廓似然擬合，可以用于頂夸克物理之外的其他測量。

新的ATLAS結果給出了頂夸克 衰減寬度值為1.9±0.5 GeV，與標準模型一致。與先前分析8個TeV LHC數據的測量結果相比，這標志著精度的顯著提高。