核心概念
這篇文章總結了 ATLAS 和 CMS 合作團隊在頂夸克特性測量和新物理搜索方面的最新進展,特別關注頂夸克質量測量、量子糾纏的觀測,以及對違反電荷輕子風味、風味改變中性流和重子數守恆的新物理的探索。
摘要
ATLAS 和 CMS 實驗中頂夸克特性測量和搜索
這篇會議記錄文章總結了 ATLAS 和 CMS 合作團隊在頂夸克特性測量和新物理搜索方面的最新結果。
標準模型特性測量
- 頂夸克質量可以使用直接和間接方法測量。直接測量將探測器級別分佈與模擬模板進行比較,而間接測量則將粒子級和部分子級的絕對或微分截面測量結果與固定階理論預測進行比較。
- ATLAS 和 CMS 實驗結合了 15 個單獨的測量結果,得出 LHC 的最終結果為 mt = 172.5 ± 0.14(統計誤差)± 0.30(系統誤差)GeV,與 CMS 實驗最精確的輸入測量結果相比提高了 31%。
- ATLAS 合作團隊首次在 LHC 上以高顯著性探測到量子糾纏。通過使用高純度的電子-μ子事件,並在 340 GeV < mt¯t < 380 GeV 的不變頂夸克質量範圍內定義信號區域,測量到糾纏標記 D = −0.547 ± 0.002(統計誤差)± 0.021(系統誤差),遠低於 1/3 的糾纏標準。
新物理搜索
- CMS 和 ATLAS 合作團隊報告了在頂夸克-希格斯玻色子伴隨產生和頂夸克衰變 (t →qH) 中尋找 FCNC 的新結果。
- CMS 實驗的分析對 B(t →uH) 和 B(t →cH) 的分支比分別設定了 0.072% 和 0.043% 的上限(95% 置信水平)。ATLAS 實驗報告的分支比上限分別為 0.038% 和 0.043%。
- CMS 實驗在雙光子和底夸克-反夸克末態的測量結果與雙輕子結果相結合,得出 B(t →uH) (B(t →cH)) 的上限為 0.037% (0.035%)。ATLAS 實驗使用來自底夸克-反夸克和雙τ輕子末態搜索的結果,得出 B(t →uH) (B(t →cH)) 的組合值為 0.040% (0.058%)。
- CMS 實驗對頂夸克的產生和衰變中的 cLFV 進行了搜索,分析了末態具有三個輕子的事件。結果顯示,對於所有衰變通道,與之前的分析相比,限制提高了大約十倍。
- ATLAS 實驗進行了類似的分析,目標是在產生和衰變拓撲中尋找相同的 cLFV 相互作用。這項搜索側重於包含一個 μ 子和一個強子衰變的 τ 輕子的末態事件,這是首次在末態包含 τ 輕子的情況下搜索 cLFV。
- CMS 合作團隊對涉及頂夸克的過程中違反重子數守恆的情況進行了分析。該搜索以獨立於模型的方式進行,也採用了 EFT 方法。對於所有參與的頂夸克衰變,提取的預期和觀察到的違反重子數分支比上限顯示出比先前結果提高了多個數量級,使其成為迄今為止最嚴格的限制。
結論
對涉及頂夸克的標準模型 (SM) 過程的測量是提取 SM 參數(如頂夸克質量)的有力工具,同時也是探測基本效應(如量子糾纏)或在許多不同方面測試 SM 的重要工具。 ATLAS 和 CMS 合作團隊進行了多項測量和搜索,取得了可喜的成果,單個結果的組合顯示出相對於輸入的顯著改進。最後,即將到來和正在進行的 LHC Run 3 數據採集以及改進的分析技術為觀察罕見過程和提高重要 SM 測量的精度提供了可能性。
統計資料
LHC 的最終頂夸克質量結果為 mt = 172.5 ± 0.14(統計誤差)± 0.30(系統誤差)GeV。
ATLAS 測量到的糾纏標記 D = −0.547 ± 0.002(統計誤差)± 0.021(系統誤差)。
CMS 實驗對 B(t →uH) 和 B(t →cH) 的分支比設定了 0.072% 和 0.043% 的上限(95% 置信水平)。
ATLAS 實驗報告的 B(t →uH) 和 B(t →cH) 分支比上限分別為 0.038% 和 0.043%。
CMS 實驗得出 B(t →uH) (B(t →cH)) 的上限為 0.037% (0.035%)。
ATLAS 實驗得出 B(t →uH) (B(t →cH)) 的組合值為 0.040% (0.058%)。
引述
"The top quark with a mass of about 172 GeV is the most massive particle of the SM, which implies that the top quark plays a key role within the SM, and processes involving top quarks receive potentially large contributions due to BSM physics."
"In a recent ATLAS Collaboration measurement, for the first time at the LHC, quantum entanglement is probed with high significance."
"Processes involving FCNCs are forbidden at tree level in the SM, but their enhancement would be direct evidence of BSM physics."
"Lepton flavor is a conserved quantity in the SM, but the existence of neutrino oscillations hints that there might also be a highly suppressed contribution of cLFV in the SM."
"In the SM the baryon number is a conserved quantum number."