Vier Top-Quarks auf einmal produzieren, um das Unbekannte zu erforschen.

Seit mehreren Jahrzehnten versuchen die Teilchenphysiker, die Natur auf engstem Raum besser zu verstehen, indem sie Teilchen bei höchsten Energien kollidieren lassen. Während das Standardmodell der Teilchenphysik die meisten der experimentellen Ergebnisse erfolgreich erklärt hat, bleiben viele Phänomene verblüffend. Es müssen also neue Teilchen, Kräfte oder allgemeinere Konzepte existieren, und – wenn die Geschichte der Teilchenphysik ein Hinweis ist – könnten sie durchaus an der Hochenergiegrenze offenbart werden.

Ein vielversprechendes Testfeld für eine solche neue Physik ist die „Vier-Top-Quark-Produktion“, ein schwer fassbarer Standardmodell-Prozess, der noch nicht experimentell beobachtet wurde. In dieser Produktion werden bei einer Kollision zwei Paare von Top-Quarks – die schwersten bekannten Elementarteilchen – gleichzeitig erzeugt und konzentrieren so eine große Energiemenge in einem einzigen Punkt. Dies ist so selten, dass im Datensatz von 30 Millionen Top-Quark-Paaren, die vom ATLAS-Experiment am CERN für diese Studie analysiert wurden, nur etwa 350 Kollisionen erwartet werden, die vier Top-Quarks produziert haben.

Die ATLAS-Kooperation hat gerade ihre neuesten Ergebnisse bei der Suche nach einer Vier-Top-Quark-Produktion veröffentlicht, die auf Proton-Proton-Kollisionsdaten basiert, die 2015 und 2016 am Large Hadron Collider (LHC) gesammelt wurden. Wenn ein Top-Quark zerfällt, entsteht ein „Endzustand“ mit entweder drei (leichteren) Quarks oder einem Quark, einem Neutrino und einem geladenen Lepton. Daher können Ereignisse, bei denen vier Top-Quarks gleichzeitig erzeugt werden, je nach Kombination dieser Zerfälle sehr unterschiedliche Endzustandstopologien aufweisen. ATLAS-Physiker analysierten diese Topologien einzeln, bevor sie sie für das Endergebnis kombinierten.

Alle diese Endzustände sind durch das Vorhandensein vieler hochenergetischer Teilchen gekennzeichnet. Dies erleichtert zwar die Unterscheidung der Vier-Top-Signalsignaturen von Hintergrundprozessen, erschwert aber auch die Vorhersage, wie viele Hintergrundereignisse als Vier-Top-Quark-Produktionsereignisse falsch identifiziert werden. Die ATLAS-Teams implementierten daher ausgefeilte neue Analysetechniken, um den Hintergrund in diesen „geschäftigen“ Umgebungen abzuschätzen. In Kombination mit der exzellenten Detektorleistung wurde ein Ergebnis mit beispielloser Empfindlichkeit erzielt, ohne ein Signal mit einer Produktionsrate, die größer als das 2,1-fache der vom Standardmodell vorhergesagten Rate ist (zu vergleichen mit einem Faktor von 11,6 für die bisher empfindlichste Suche).

Die Datenanalyse ergab ein kleines, noch nicht signifikantes Vier-Top-Signal von 2,8 Standardabweichungen, was eine beobachtete Obergrenze von 5,3 mal der Standardmodellrate ergibt. Könnte dies ein Hinweis oder einfach eine statistische Schwankung sein? Nur ein aktualisiertes Ergebnis mit dem größeren verfügbaren Datensatz und eine noch intelligentere Analyse können das erkennen.

Mehr Informationen:
ATLAS Zusammenarbeit. Suche nach Vier-Top-Quark-Produktion im Single-Lepton- und Gegensignal-Dilepton-Endzustand bei Proton-Proton-Kollisionen bei 13 TeV mit dem ATLAS-Detektor: arXiv:1811.02305[hep-ex]. arxiv.org/abs/1811.02305

Teilen Ist Liebe! ❤❤❤ 22 shares ❤❤❤

Schreibe einen Kommentar

Deine E-Mail-Adresse wird nicht veröffentlicht. Erforderliche Felder sind mit * markiert.

shares