Método para una medida dinámica de la masa del quark top

Método para una medida dinámica de la masa del
quark top: estudio de viabilidad.
J. Fuster1, A. Irles1
1
Instituto de Física Corpuscular (IFIC), CSIC-Universitat de València, 46980 Paterna;
juan.fuster@ific.uv.es adrian.irles@ific.uv.es
El Quark Top en el Modelo Estándar.
El quark top completa las familias de quarks y leptones del Modelo Estándar de física
de partículas. El quark top se descubrió en el colisionador protón-antiprotón Tevatron en
Fermilab [1] y desde entonces se han medido sus propiedades, que se resumen en la
siguiente tabla:
mt = 172. 0±0 . 9±1 .3 GeV
m −m t
2⋅ t
=0 . 022±0 . 022
mt +m t
Γ<13 .1  GeV  CL 95
Γ  Wb 
. 09
= 0 . 990
−0 . 08
Γ  Wq  q=b,s,d  


Tabla 1. Extracto de algunas de las propiedades medidas del quark top. PDG 2010[3].
Recientemente el Gran Colisionador de Hadrones (LHC – Large Hadron Collider) se ha
unido a este trabajo produciendo quarks top a través de colisiones protón-protón a 7 TeV de
energía en centro de masa. En el LHC se consigue una elevada tasa de producción de pares
de quarks top-antitop que permitirá extraer con mucha precisión sus propiedades y
parámetros fundamentales.
El quark top tiene una gran masa, tal como se muestra en la Tabla 1, y una anchura de
desintegración muy pequeña. El quark top antes de hadronizar se desintegra
mayoritariamente en un bosón W y un quark b, que a su vez se desintegran y hadronizan
posteriormente originando distintas topologías y estados finales. También, debido a su gran
masa, el quark top se acopla fuertemente al bosón de Higgs y a otras partículas predichas
por modelos de Nueva Física. Por todo ello el estudio de las propiedades del quark top es
un tema de trascendental importancia en los resultados del LHC y entre los parámetros más
importantes se halla su masa.
Medida de la masa del quark top.
En la actualidad la medida de la masa del quark top se realiza mediante dos métodos:
1.
2.
Figura 1. Resumen de medidas de la
masa del quark top en los experimentos
CDF y D0, actualizado en Julio 2010
Medida de la masa cinemática
reconstruyendo los productos de
desintegración del bosón W y del
quark b procedentes de la previa
desintegración del quark top.
Medidas a partir de la sección
eficaz.
En el primer caso se reconstruye la masa
cinemática, que se identifica con la masa polo del
quark top y a la que se le asocia un error teórico del
orden de ΛQCD, obteniendo una gran precisión
experimental, tal y como se muestra en la Figura 1.
En el segundo caso el valor de la masa se extrae a
través de la expresión de su sección eficaz que es el
parámetro que se mide. Este método proporciona
una menor precisión experimental, si bien está
mejor definido teóricamente al utilizar observables
(sección eficaz) mejor establecidos desde el punto
de vista teórico.
Medida dinámica de la masa del quark top.
En esta presentación se va a mostrar un estudio de viabilidad sobre la posibilidad de
realizar una medida de la masa del quark top. Se basa en la sección eficaz de tres jets (tt+g)
y hace uso de cálculos a Next-to-Leading-Order (NLO)[3].
A nivel teórico, se han estudiado los errores sistemáticos debido a la elección de la PDF
(parton distribution functions) del protón y a las variaciones en las escalas de
renormalización y factorización (µF,µR). Se ha visto que es posible construir un observable
muy estable, desde el punto de vista teórico, y con una precisión teórica del orden de 2 GeV
para la masa polo del quark top.
Se plantea este observable como un método complementario y a la vez competitivo con
los actuales métodos que se utilizan en colisionadores hadrónicos.
Referencias
1. Phys. Rev. Lett. 74. 2626 (1995)
Phys. Rev. Lett. 74, 2632 (1995)
2. K. Nakamura et al. (Particle Data Group), J. Phys. G 37, 075021 (2010)
3. S. Dittmaier, P. Uwer, S. Weinzierl, Eur. Phys. J. C (2209) 59: 625-646
S. Dittmaier, P. Uwer, S. Weinzierl Nuc. Phys. B (Proc. Suppl.) 183 (2008) 196–201