Más información sobre los 9 pares de quarks top-antitop observados por primera vez en Europa

En las colisiones de protones en el LHC del CERN con una energía en el centro de masas de 7 TeV se produce un par de quarks top-antitop que decae en un leptón (electrón, e, o muón, μ) y chorros (jets) de partículas cada 20/nb (inversos de nanobarn) de colisiones almacenadas en disco y se produce un par top-antitop que decae en un par de leptones (ee/eμ/μμ) más chorros cada 110/nb. Desde el 31 de marzo de 2010 se han almacenado unos 280/nb de datos de colisiones detectadas en el experimento ATLAS (el más grande del LHC y el más grande del mundo). Por tanto, se espera que haya almacenados en disco unos 17 eventos tipo par top-antitop (14 del primer tipo y casi 3 del segundo). El análisis de los datos almacenados en disco ha encontrado 9 eventos tipo par top-antitop, de los que 7 eventos son del primer tipo (LJ1-LJ7 en la tabla) y 2 son del segundo (DL1 y DL2). Como podéis ver los 9 candidatos son 4 de tipo e+jets, 3 tipo μ+jets, 1 tipo ee y 1 de tipo eμ. Todos estos eventos son compatibles con lo que se esperaría observar para la producción de pares top-antitop según las simulaciones tipo Montecarlo de las colisiones protón-protón del LHC en el detector ATLAS.

El quark top es la partícula elemental más pesada en el modelo estándar y fue descubierto en el Tevatrón del Fermilab en 1995. El proceso de redescubrir el modelo estándar en el LHC del CERN tenía como última etapa el observar, por primera vez, el quark top en Europa. Dicho paso ya ha sido logrado. Obviamente, solo 9 eventos candidatos son muy pocos eventos para estar seguros al 100% de que el top ha sido observado, pero en las próximas semanas se observarán muchos más candidatos (una prueba de fuego será la observación de un evento tipo μμ en ATLAS, la señal indiscutible de un top en Europa). En diciembre de 2010 se espera que el LHC haya recabado 1/pb (inverso de picobarn) de colisiones y se hayan observado unos 60 pares de quarks top-antitop solo en ATLAS. Con dicho número ya se estará absolutamente seguro y se podrá empezar a estudiar sus propiedades en Europa. Para diciembre de 2011 el LHC habrá recabado 1/fb (inverso de femtobarn) de datos lo que implica que se habrán observado unos 6000 pares de quarks top-antitop solo en ATLAS (en toda la historia del Tevatrón se han observado menos de 1500). El otro gran experimento del LHC, CMS observará un número similar. Sin lugar a dudas el LHC del CERN es una fábrica de quarks top. Aún así, haber encontrado quarks top en el LHC en solo 3 meses de análisis de datos de colisiones es muy emocionante y por ello se ha esperado a la conferencia ICHEP 2010 de París para anunciar su descubrimiento.

¿Qué interés tiene redescubrir lo ya conocido? Parece una tontería, pero es importantísimo. Cualquier búsqueda de nueva física más allá del modelo estándar requiere conocer muy bien la física del modelo estándar. Hay que redescubrir todo el modelo estándar en el LHC y recalibrar todos los programas de análisis de datos de los detectores para que identifiquen fuera de toda duda que eventos son compatibles con el modelo estándar y cuales corresponden a nueva física. En el caso concreto del quark top, siendo la partícula de mayor masa conocida, sus eventos formarán parte del fondo de todas las búsquedas de Higgs pesados y partículas supersimétricas, por ejemplo.

¿Queda algo importante del modelo estándar por redescubrir en el LHC? Sí, la producción de un quark top solitario gracias a la fuerza débil (estará acompañado de otro quark diferente, seguramente un quark bottom). Estos eventos son mucho más difíciles de detectar (en el Tevatrón se observaron por primera vez en 2008) y serán la prueba de fuego del redescubrimiento del modelo estándar en el LHC. ¿Se observará un evento con un top solitario en el LHC antes de diciembre de 2010? Podría ser, pero la estadística está muy ajustada. Yo apostaría más por su observación alrededor de abril de 2011. En este blog ya os informaremos de ello oportunamente.

Un pensamiento en “Más información sobre los 9 pares de quarks top-antitop observados por primera vez en Europa

  1. Conocer es querer. Mil gracias por querernos.
    Apasionante tema el de la observación de los escurridizos quarks.
    Mi más sincero agradecimiento a Francis (th) E mule science`s.
    Mis respetos por tu valiosa, valiosísima contribución a hacernos un poquito mejores. Mila ezker. Muito obrigado. Muchas gracias. Moltes gràcies. Thanks a lot. Vielen Dank. Cпасибо!

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