ATLAS提供了对顶夸克衰减宽度的新直接测量 并提高了精度

作为最重的已知粒子，顶夸克在基础相互作用的研究中起着关键作用。由于它的寿命很短，顶夸克在它变成强子之前衰变。因此，其性质得以保留并转移到其衰变产物中，而衰变产物又可以在高能物理实验中进行测量。这些研究为标准模型提供了一个很好的试验场，并可能为新的物理学提供线索。

欧洲核子研究中心ATLAS Collaboration检查的关键参数是顶夸克的“衰减宽度”，它与粒子的寿命和衰减模式有关。新物理产生的衰变可能会改变衰减宽度，使其精确测量变得尤为重要。在标准模型中，理论计算预测顶夸克质量为172.5 GeV时衰减宽度为1.32 GeV的值。

ATLAS Collaboration在加拿大多伦多举行的Lepton Photon Symposium上展示了对顶夸克衰减宽度的新测量。该分析利用了Run 2大型强子对撞机(LHC)的完整数据集 - 相应的积分亮度为139 fb -1 - 来提供ATLAS的最佳精度。

新分析直接测量顶夸克衰减宽度。ATLAS物理学家选择了碰撞事件，其中顶夸克对衰变成两个带相反电荷的带电轻子(电子或μ子)。与替代信道相比，该衰减信道具有更高纯度的信号事件和更小的系统不确定性。ATLAS测量了轻子的不变质量以及由探测器中观察到的顶夸克衰变产生的“b-jets”，以确定顶夸克衰变宽度。

蓝色曲线表示用于拟合数据的似然函数的值，针对顶夸克宽度(Γt)的多个值计算。最小值表示最可能的Γt值。红色虚线表示1,2和3标准偏差的限制。图片来源：ATLAS Collaboration / CERN

轻子的恒定质量和b射流(m lb)对顶夸克衰变宽度敏感，但只有当两者都来自同一顶夸克的衰变时。物理学家使用一个简单的标准，观察带电轻子和射流之间的最小角距，以使它们相互匹配并重建它们的不变质量。

顶夸克衰变宽度的新测量主要由系统不确定性决定，主要来自喷射能量的测量。为了应对这些不确定性，ATLAS物理学家采用了一种新颖的方法来组合模板，代表不同的衰减宽度值，以及轮廓可能性技术，其中系统不确定性的来源直接进入拟合。物理学家测试了拟合程序，以确保拟合稳定性和统计效果的稳健性。实际上，进行了具有完整系统模型的测试以验证该程序可以再现标准模型预测的衰减宽度以及任何可能的偏差。这种新开发的技术，结合模板和轮廓似然拟合，可以用于顶夸克物理之外的其他测量。

新的ATLAS结果给出了顶夸克 衰减宽度值为1.9±0.5 GeV，与标准模型一致。与先前分析8个TeV LHC数据的测量结果相比，这标志着精度的显着提高。