La masa del quark top según el Tevatrón

Por Francisco R. Villatoro, el 9 agosto, 2016. Categoría(s): Ciencia • Física • LHC - CERN • Noticia CPAN • Noticias • Physics • Science ✎ 2

Dibujo20160809 top quark mass tevatron combination fermilab

La medida experimental más precisa de la masa del quark top es la obtenida por el Tevatrón del Fermilab, combinando los resultados de sus dos grandes detectores, CDF y DZero. El valor obtenido es 174,30 ± 0,65 GeV/c², que está dominado por los errores sistemáticos. Con un error relativo de solo el 0,37% todavía sigue siendo mejor que la obtenida en el LHC del CERN, combinando sus dos grandes detectores, ATLAS y CMS. Pero no lo será por mucho tiempo, ya que a finales de este año el LHC debería ser capaz de superar al Tevatrón.

El acoplo de Yukawa del quark top con el Higgs es aproximadamente la unidad (si lo fuera su masa sería 246/√2 = 173,95 GeV/c²). Nadie sabe por qué la partícula más pesada que conocemos tiene un acoplo de Yukawa muy próximo a la unidad. Quizás sea una simple coincidencia. O quizás oculte alguna simetría que aún no ha sido desvelada. Por supuesto, hay múltiples propuestas que tratan de explicar este hecho, pero ninguna tiene una base firme, hasta ahora.

El nuevo valor se ha publicado en Tevatron Electroweak Working Group (CDF and D0 Collaborations), «Combination of CDF and DZero results on the mass of the top quark using up 9.7 /fb at the Tevatron,» arXiv:1608.01881 [hep-ex]. Las dos figuras de más abajo están extraídas de Moritz Preisser, «Top quark mass calibration for Monte-Carlo event generators,» ICHEP 2016, 06 Aug 2016 [contrib].

Dibujo20160809 top quark mass uncertainty cms preliminary projection lhc cern

Esta figura muestra una proyección de la mejora en la incertidumbre del valor de la masa del quark top esperada en el detector CMS del LHC (para ATLAS la figura es similar). Como se observa, tras acumular unos 30 /fb de colisiones a 13 TeV c.m. en el LHC Run 2, algo que se logrará a finales de este año con toda seguridad, se obtendrá un resultado mejor que el de Tevatrón. El objetivo del LHC tras su Run 3 será acumular unos 300 /fb de colisiones a 14 TeV c.m. que mejorará aún más dicho valor.

Tras el LHC es posible que su futuro pase por el HL-LHC, la versión de alta luminosidad del LHC, que multiplicará por diez la luminosidad instantánea y que debería acumular unas 3000 /fb de colisiones a 14 TeV c.m. En dicho caso se obtendrá un valor, aún mejor, aunque su incertidumbre será solo de un tercio la del Tevatrón.

Dibujo20160809 top quark decay until reaching Lambda cut lhc cern

La incertidumbre en la masa del quark no puede bajar mucho más de los 0,2 GeV en un colisionador de hadrones. La razón es que la masa del protón es ~ 1 GeV, con lo que explorar los productos de desintegración por debajo de esta energía es muy difícil. La energía de corte de la QCD en las simulaciones de Montecarlo, que se usan para estimar los errores sistemáticos, ronda ∼ 1 GeV. Para bajar este valor de incertidumbre hay que usar desintegraciones en leptones vía la teoría electrodébil (EWT). En dichas desintegraciones el Tevatrón no es rival para el LHC, pero se requiere una luminosidad integrada muy grande.

Obtener una medida muy precisa de la masa del quark top es muy importante para estudiar la estabilidad del modelo estándar. Además, el LHC es una fábrica de quark top, luego estas partículas son claves para estimar el fondo (background) sobre el que hay que buscar física más allá del modelo estándar en estudios de precisión. Pero no hay que olvidar que el concepto de masa para un quark está mal definido. En teoría interesa la llamada masa polar, pero en los experimentos se obtiene la llamada masa de Montecarlo (el ajuste de las desintegraciones observadas a los resultados de los métodos de Montecarlo). La transformación de una a otra no es fácil y todavía hay hueco para mejoras teóricas en este sentido.

En resumen, el Tevatrón ha obtenido lo que parece que será su mejor valor para la masa del quark top. Pero su reinado en esta estimación no durará mucho tiempo y el año que viene, en las conferencias de invierno, los detectores del LHC deberían publicar un valor más preciso.



2 Comentarios

  1. Hola, buenas dias,tardes o noches, mi nombre es Jesus Daniel y tengo 16 años, me gusta mucho la cosmologia y la astrofisica, tengo una duda muy grande de la cual necesito ayuda de una persona como usted que sabe mucho sobre el tema «Estabilidad del vacío» este tema me da… mucho miedo, en verdad, y quisiera saber algo: ¿Esto me afecta a mi? o ¿Yo sere testigo de este evento?

    Usted que es una persona la cual conoce sobre todos los temas y esta al dia con fisica, me gustaria que me respondiera mis dudas, en verdad esto me llena de miedo, pensar que dejare de existir en cualquier momento es… aterrador.

    Gracias!

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