Observado el primer quark top en Europa (en el experimento ATLAS del LHC en el CERN)

El primer par de quarks top-antitop observado en Europa en ATLAS el 24 de mayo de 2010. (C) CERN.

El primer par de quarks top-antitop (tt) ha sido observado en el experimento ATLAS del LHC del CERN en una búsqueda que ha utilizado 280/nb (inversos de nanobarn) de colisiones. Hay varios eventos candidatos que serán presentados mañana viernes en el congreso ICHEP 2010 en París en una charla técnica que anticipará su anuncio oficial el próximo lunes en una charla plenaria en dicho congreso. Los datos analizados deberían presentar, en teoría, 14 eventos tipo par top-antitop que se han desintegrado en leptones (e o μ) y chorros (jets) de partículas (se han observado 7 de ellos) y 3 eventos que se han desintegrado en pares de leptones (ee y eμ), de los que se han observado solo 2. La charla solo presenta “la foto” de tres de estos eventos. Obviamente, estos eventos son todavía eventos candidatos ya que en física de partículas es imposible asumir que un evento, por muy clara que sea la señal, no sea una mera fluctuación estadística, puro ruido de fondo. Solo tras obtener decenas de eventos candidatos se puede asegurar con gran probabilidad que entre ellos se encuentra cierta cantidad de eventos buscados. Aún así, hay que darles la enhorabuena a los físicos del CERN que han logrado observar (tras el análisis de los datos de las colisiones) varios candidatos a quark top en Europa. La imagen que abre esta entrada es un evento candidato a par de quark top-antitop que se ha desintegrado en un par de electrones (pp→tt→ee) y abajo tenéis un evento candidato a desintegración en un electrón y un muón (pp→tt→eμ). Más abajo aún tenéis un tercer evento de tipo pp→tt→e+jet. Todos estos eventos aparecen en la presentación de Arnaud Lucotte (ATLAS Collab.), “Top quark studies with ATLAS,” ICHEP 2010, Salle Maillot, 23-Jul-2010 (mañana a las 12:10 podremos ver en directo su charla vía webcast). Ver también la charla de “First Results from ATLAS on QCD, Quarkonia and Heavy-flavour Physics in p-p collisions at 7 TeV,” ICHEP 2010, Salle Maillot, 23-Jul-2010 [ppt] (mañana también en vídeo), en la que se afirman que los dos primeros eventos a par top-antitop en Europa son los dos siguientes.

Evento candidato a par top-antitop que decae en un electrón y un muón observado el 22 de julio de 2010 en ATLAS. (C) CERN.

Event candidato a par top-antitop que decae en un electrón y un jet observado el 12 de julio de 2010 en ATLAS. (C) CERN

¿Ha observado el otro gran experimento del LHC al quark top? Según parece aún no, al menos con solo los 78/nb (inversos de nanobarn) de colisiones que se han analizado para la charla de Tim Christiansen (CDF Collab.), “Top-Quark Studies at CMS,” ICHEP 2010, 23 July 2010 (que mañana también podremos ver vía webcast). Oficialmente no se ha observado todavía ningún evento candidato a par de quarks top-antitop en CMS con tan pocas colisiones analizadas. Aún así, Tim no se resiste a presentarnos algunos eventos que podrían ser candidatos a par top-antitop, pero el análisis de la colaboración CMS no puede asegurarlo. Aquí os dejo un par de eventos a candidato de tipo pp→tt→e+jet y tipo pp→tt→μμ, que aún sin confirmar seguramente acabarán siendo confirmados en las próximas semanas.

Posible evento candidato: par top-antitop que decae en electrón más jet observado el 18 de julio de 2010 en CMS. (C) CERN

Posible evento candidato: par top-antitop que decae en par de muones observado el 18 de julio de 2010 en CMS. (C) CERN

El LHC del CERN será una fábrica de quark tops el año que viene, pero por ahora la fábrica de tops está en Chicago. Solo el detector CDF del Tevatrón ha observado desde 1995, con 5’6 /fb (inverso de femtobarn) de colisiones, 1263 eventos candidatos a par de quarks top-antitop. Estos eventos han  permitido obtener la mejor estimación de un solo experimento, hasta ahora, para la masa del quark top, en concreto 173’0 ± 0’7 (stat) ± 0’6 (JES) ± 0’9 (syst) GeV/c² = 173’0 ± 1’2 GeV/c², según nos contará mañana Hyunsu Lee (CDF Collab.), “Measurement of the top quark mass and width with CDF detector,” ICHES 2010, 23 Jul 2010. En la misma charla nos contará que la mejor estimación combinada del Tevatrón para la masa del quark top a fecha de julio de 2010 es de 173’3 ±0’6 (stat) ± 0’9 (syst) GeV/c² y que la mejor media mundial (combinando datos de LEP 2 y del Tevatrón Run II) es de 173’3 ± 1’1 GeV/c² (un resultado con un 0’61% de precisión).

Un valor más preciso de la masa del quark top permite, combinado con los datos del difunto LEP 2, estimar la masa del bosón de Higgs. El resultado se resume en la siguiente figura.

Los datos de LEP2 y del Tevatrón combinados apuntan a un Higgs con una masa muy pequeña (cercana a 115 GeV).

PS (24 Julio 2010): Otros también se han hecho eco de esta noticia, como Barbara Warmbein, “Europe reaches the top, err, the top reaches Europe,” Symmetry Breaking, July 23, 2010. “Finding top quarks at the LHC is exciting because the top is the last, and heaviest, particle that the LHC needed to add to its list of ‘rediscoveries’. It is also an important partner in the hunt for all sorts of new physics.” También Jester, “European Tops at Last!,” Resoonances, 23 July 2010. Y por supuesto “Candidate Top Events at 7 TeV Centre-of-Mass Energy,” ATLAS Experiment Public Results, 23 July 2010 (más información técnica en “Search for top pair candidate events in ATLAS at sqrt(s)=7 TeV,” ATLAS-CONF-2010-063, 21 July 2010).

PS (26 Julio 2010): El evento más claro de observación de un par de quarks top-antitop en el LHC del CERN ha sido presentado por Guido Tonelli (CERN/INFN&University of Pisa) en representación del experimento CMS [transparencias pdf 8 Mb, transparencias ppt 32 Mb]: la observación de un par top-antitop que ha decaído en dos muones. Se trata de un canal con muy poco fondo (ruido) y donde la señal es muy clara. Os presento abajo una figura con 3 “visiones” de dicho evento, obtenido el 18 de julio de 2010.