Η μάζα του κορυφαίου κουάρκ

Τα κορυφαία (top) κουάρκ ανακαλύφθηκαν το 1995 στα πειράματα του Tevatron και οι φυσικοί υπολόγισαν τη μάζα του σωματιδίου μεταξύ 151 και 197 GeV/c². Έτσι έγινε το βαρύτερο όλων των γνωστών στοιχειωδών σωματιδίων. Έκτοτε,συγκεντρώθηκαν περισσότερα δεδομένα με σκοπό τον ακριβέστερο προσδιορισμό της μάζας του.

Η μάζα του κορυφαίου κουάρκ είναι μια παράμετρος-κλειδί για το Καθιερωμένο Πρότυπο της σωματιδιακής φυσικής για την πρόβλεψη παραμέτρων που σχετίζονται με σπάνιες διδιακασίες. Επομένως, ο νέος προσδιορισμός της μάζας του κορυφαίου κουάρκ θα επιτρέψει βελτιωμένους υπολογισμούς και καλύτερη κατανόηση ζητημάτων όπως οι κβαντικές διορθώσεις στις ιδιότητες του μποζονίου Χιγκς.

Ο πρώτος προσδιορισμός της μάζας του κορυφαίου κουάρκ έγινε χρησιμοποιώντας μετρήσεις ζευγών κορυφαίου-αντικορυφαίου κουάρκ που παράγονταν σε συγκρούσεις πρωτονίου-αντιπρωτονίου στο Tevatron, έναν επιταχυντή σωματιδίων που ήταν ενεργός μέχρι το 2011. Ο προσδιορισμός μιας νέας βελτιωμένης τιμής από τα πειράματα CMS και ATLAS περιλάμβανε πάλι μετρήσεις τέτοιων ζευγών κορυφαίου-αντικορυφαίου κουάρκ, μαζί με μετρήσεις σπανιότερων γεγονότων μοναχικών κορυφαίων κουάρκ. Σε αυτά τα γεγονότα, ένα κορυφαίο κουάρκ εκπέμπει ένα μποζόνιο W και διασπάται σε ένα κάτω κουάρκ σε λιγότερο από 10⁻²⁵ δευτερόλεπτα, δίνοντας ένα ρεύμα σταθερών σωματιδίων. Η μάζα του κορυφαίου κουάρκ μπορεί να ανακατασκευαστεί από τα χαρακτηριστικά αυτών των σωματιδίων.

Τώρα οι ερευνητικές ομάδες CMS και ATLAS στον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων (LHC) στην Ελβετία συνδύασαν 15 διαφορετικές μετρήσεις για να πάρουν την ακριβέστερη μέχρι σήμερα τιμή για την μάζα κορυφαίου κουάρκ m_t = 172.52±0.14 (στατιστικό)±0.30 (συστηματικό) GeV/c², με συνολικό σφάλμα 0.33 GeV/c², οπότε m_t = 172.52 ± 0.33 GeV/c².