Физики измерили бегущую массу t-кварка

Пятница, 04 октября 2019

Эксперимент CMS, который проводится на Большом адронном коллайдере (БАК), впервые определил изменение массы t-кварка при изменении шкалы энергии измерения. Это результат подтверждает правильность пертурбативной квантовой хромодинамики (КХД) – теории, описывающий сильное взаимодействие при высоких энергиях.

Одним из свойств современной теории физики элементарных частиц является тот факт, что значения всех её основных параметров зависят от масштаба энергий, на которых они определены. Пожалуй, самым ярким примером является уменьшение с ростом энергии параметра, определяющего интенсивность сильного взаимодействия (так называемая асимптотическая свобода). Само словосочетание бегущая константа связи, принятое в теоретической физике высоких энергий, звучит как оксюморон. Дело в том, что словосочетание константа связи появилось в физике до того, как стало понятно, что значение этого параметра может изменяться, и название осталось. На рис. 1 приведена зависимость бегущей константы связи сильного взаимодействия (αs) от энергии. Чем больше энергетический масштаб, на котором протекает тот или иной процесс, тем менее интенсивно сильное взаимодействие.

Параметр αs – естественно, не единственный, зависящий от энергетического масштаба. Другим примером являются массы кварков. Экспериментально на данный момент установлено, что массы прелестного (b) и очарованного (c) кварков зависят от масштаба энергии. Недавно физики эксперимента CMS провели такие измерения для топ-кварка (t) – самой тяжелой частицы Стандартной Модели физики частиц (СМ).

В КХД массатоп-кварка, определенная на одной шкале (μ0), связана с массами на другой шкале (μ) дифференциальным уравнением ренормализационной группы (группы перенормировок):

μ2dm(μ)/dμ2 = - γ(αs(μ))m(μ),

для которого параметр γ(аномальная размерность) рассчитывается по теории возмущений. Решив это уравнение, можно перейти от одной энергетической шкале к другой.

Параметром, определяющим масштаб энергии, в эксперименте CMS являлась масса (mtt) пары t – анти-t. Пары топ-антитоп-кварков выделялись по сигналу от лептонов (электронов и мюонов) и адронным струям, образующимся в результате распада этих тяжелых частиц. Экспериментаторы извлекали массу топ-кварка из вероятности образования (пропорциональной сечению рождения) t – анти-t пар при различных значениях mtt. Всего исследовалось четыре диапазона по этой переменной — измеренные сечения представлены на рис. 2. Сами по себе эти сечения не могут быть «объяснены» фиксированной массой топ-кварка (рисунок 3).

Сотрудники Отделения физики высоких энергий НИЦ «Курчатовский институт» - ПИЯФ принимают активное участие в бесперебойной поддержке и модернизации эксперимента CMS.

Теги
фгбу пияф им. Б. П. Константинова Национальный исследовательский центр Курчатовский институт