Классическая сигнатура пары топ-кварков, образовавшейся в результате столкновений LHC, — это четыре струи (желтые конусы), один мюон (красная линия, также обнаруженная мюонными детекторами CMS в виде красных прямоугольников) и недостающая энергия нейтрино (розовая стрелка). Кредит: ЦЕРН

Точное знание массы топ-кварка имеет первостепенное значение для понимания нашего мира в самом маленьком масштабе. Знание этой тяжелейшей элементарной частицы как можно ближе имеет решающее значение, поскольку позволяет проверить внутреннюю непротиворечивость математического описания всех элементарных частиц, называемого Стандартной моделью.

Например, если массы бозона W и бозона Хиггса известны точно, масса топ-кварка может быть предсказана Стандартной моделью. Точно так же, используя массы топ-кварка и бозона Хиггса, можно предсказать массу W-бозона. Интересно, что, несмотря на значительный прогресс, определение массы в теоретической физике, связанное с эффектом квантово-физических поправок, все еще трудно определить для топ-кварка.

И что примечательно, наше знание самой стабильности нашей Вселенной зависит от нашего совместного знания о массах бозона Хиггса и топ-кварка. Мы знаем только, что Вселенная очень близка к метастабильному состоянию с точностью современных измерений массы топ-кварка. Если бы масса топ-кварка была хоть немного другой, Вселенная была бы менее стабильной в долгосрочной перспективе, потенциально в конечном итоге исчезнув в результате сильного события, подобного Большому взрыву.

Чтобы сделать свое последнее измерение массы топ-кварка, используя данные о столкновениях протон-протон LHC, собранные детектором CMS в 2016 году, команда CMS измерила пять различных свойств событий столкновения, в которых рождается пара топ-кварков, а не до трех свойств, которые были измерены в предыдущих анализах. Эти свойства зависят от массы топ-кварка.

Кроме того, команда выполнила чрезвычайно точную калибровку данных CMS и получила глубокое понимание оставшихся экспериментальных и теоретических неопределенностей и их взаимозависимостей. С помощью этого инновационного метода все эти неопределенности также были извлечены во время математической подгонки, определяющей окончательное значение массы топ-кварка, и это означало, что некоторые из неопределенностей можно было оценить гораздо точнее. Результат 171,77 ± 0,38 ГэВ согласуется с предыдущими измерениями и предсказанием Стандартной модели.

Коллаборация CMS сделала значительный шаг вперед с этим новым методом измерения массы топ-кварка. Передовая статистическая обработка неопределенностей и использование большего количества свойств значительно улучшили измерения. Еще один большой шаг ожидается, когда новый подход будет применен к более обширному набору данных, зарегистрированному детектором CMS в 2017 и 2018 годах.