Ako oznámila Európska organizácia pre jadrový výskum (CERN), spolupráca CMS na Veľkom hadrónovom urýchľovači častíc (LHC) vykonala doteraz najpresnejšie meranie hmotnosti top kvarku – najťažšej známej elementárnej častice. Najnovší výsledok CMS odhaduje hodnotu hmotnosti top-kvarku s presnosťou asi 0,22 %. Podstatné zvýšenie presnosti pochádza z nových analytických metód a vylepšených postupov na konzistentné a súčasné spracovanie rôznych neistôt pri meraní.
Presná znalosť hmotnosti top-kvarku je mimoriadne dôležitá pre pochopenie nášho sveta v najmenšom meradle. Poznať túto najťažšiu elementárnu časticu čo najdôkladnejšie je kľúčové, pretože umožňuje testovanie vnútornej konzistencie matematického popisu všetkých elementárnych častíc, ktorý sa nazýva štandardný model.
Napríklad, ak sú hmotnosti W bozónu a Higgsovho bozónu presne známe, hmotnosť top-kvarku sa dá predpovedať pomocou štandardného modelu. Podobne pomocou hmotností top-kvarku a Higgsovho bozónu možno predpovedať hmotnosť W-bozónu. Je zaujímavé, že napriek veľkému pokroku je teoreticko-fyzikálna definícia hmotnosti, ktorá súvisí s efektom kvantovo-fyzikálnych korekcií, stále ťažké určiť pre top kvark.
A čo je pozoruhodné, naše znalosti o samotnej stabilite nášho vesmíru závisia od našich kombinovaných znalostí o hmotnostiach Higgsovho bozónu a top-kvarku. Vieme len, že vesmír je veľmi blízko metastabilnému stavu s presnosťou súčasných meraní hmotnosti top-kvarku. Ak by bola hmotnosť top-kvarku čo i len trochu odlišná, vesmír by bol z dlhodobého hľadiska menej stabilný a potenciálne by nakoniec zanikol pri násilnej udalosti podobnej ako Veľký tresk.
Na vykonanie najnovšieho merania hmoty top-kvarku pomocou údajov zo zrážok protón-protón LHC zozbieraných detektorom CMS v roku 2016, tím CMS zmeral päť rôznych vlastností kolíznych udalostí, pri ktorých sa namiesto toho vytvára pár top kvarkov, namiesto toho až tri vlastnosti, ktoré boli merané v predchádzajúcich analýzach. Tieto vlastnosti závisia od hmotnosti top-kvarku.
Okrem toho tím vykonal mimoriadne presnú kalibráciu údajov CMS a získal hĺbkové pochopenie zostávajúcich experimentálnych a teoretických neistôt a ich vzájomných závislostí. Pomocou tejto inovatívnej metódy boli všetky tieto neistoty extrahované aj počas matematického prispôsobenia, ktoré určuje konečnú hodnotu hmotnosti top-kvarku, čo znamenalo, že niektoré z neistôt bolo možné odhadnúť oveľa presnejšie. Výsledok, 171,77±0,38 GeV, je v súlade s predchádzajúcimi meraniami a predpoveďou zo štandardného modelu.
Spolupráca CMS urobila s touto novou metódou na meranie hmotnosti top-kvarku významný skok vpred. Špičkové štatistické spracovanie neistôt a použitie viacerých vlastností výrazne zlepšili meranie. Ďalší veľký krok sa očakáva, keď sa nový prístup použije na rozsiahlejší súbor údajov zaznamenaný detektorom CMS v rokoch 2017 a 2018.
Viac informácií:
Veľký hadrónový urýchľovač je po vyše troch rokoch opäť v prevádzke
Zdroj: https://home.cern; TASR, zverejnené: 26. 4. 2022, autor: rpa
