Un equipo del CERN ha aumentado significativamente la precisión del valor medido de la masa del cuark cima (también conocido por su nombre en inglés top quark, símbolo t), un dato clave para realizar cálculos empleando del modelo estándar.

En 1995, cuando los científicos descubrieron el cuark cima, estimaron que la masa de la partícula estaba entre 151 y 197 GeV/c², lo que la convertía en la partícula elemental más pesada conocida. Desde entonces, los científicos han trabajado para afinar el valor de la masa del cuark cima acumulando más datos. Ahora, las colaboraciones CMS y ATLAS en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC, por sus siglas en inglés) han combinado 15 mediciones diferentes para obtener el valor más preciso de la masa hasta la fecha: 172,52 ± 0,33 GeV/c² (compárese con el valor que aparece en la ilustración del modelo estándar).

La masa de una partícula del modelo estándar es un dato clave para el modelo estándar de física de partículas para predecir parámetros relacionados con procesos poco frecuentes. Por lo tanto, la nueva medición de la masa del cuark cima permitirá mejorar los cálculos y comprender mejor cuestiones como las correcciones cuánticas de las propiedades del bosón de Higgs.

La primera determinación de la masa del cuark cima se realizó utilizando mediciones de los pares de cima y anticima producidos en colisiones protón-antiprotón en el Tevatron, un acelerador de partículas que estuvo activo hasta 2011. La determinación del nuevo valor también ha implicado mediciones de dichos pares cima-anticima, junto con mediciones de eventos de un solo cuark cima menos comunes. En estos eventos, un cuark emite un bosón W y se desintegra en un cuark abajo (en inglés down quark, símbolo d) en menos de 10^-25 segundos, lo que da como resultado una corriente de partículas estables. La masa del cuark cima se puede reconstruir a partir de las características de estas partículas.

En el nuevo estudio, las colaboraciones CMS y ATLAS consideraron las incertidumbres estadísticas que surgen de tener datos de colisiones limitados. También consideraron 25 clases de incertidumbres sistemáticas que ocurren en los cálculos que relacionan la masa del cuark cima con las propiedades de las partículas observadas en los detectores del LHC. Este esfuerzo combinado ha dado como resultado un valor de masa que es un 31% más preciso que la más precisa de las 15 mediciones de entrada.

Referencias:

A. Hayrapetyan et al. (CMS Collaboration, ATLAS Collaboration) (2024) Combination of Measurements of the Top Quark Mass from Data Collected by the ATLAS and CMS Experiments at √s =7 and 8 TeV Phys. Rev. Lett. doi: 10.1103/PhysRevLett.132.261902

N. Karthik (2024) The Most Precise Value of the Top-Quark Mass to Date Physics 17, s57

Sobre el autor: César Tomé López es divulgador científico y editor de Mapping Ignorance