CERN Fizikçileri Üst Kuarkın Kütlesini Ölçüyor

CERN'in Büyük Hadron Çarpıştırıcısı'ndaki (LHC), CMS işbirliğinden fizikçiler, üst kuarkın (bilinen en ağır temel parçacık) kütlesinin ölçülme hassasiyetini önemli ölçüde geliştirdiler. Yeni sonuçları (171.77 GeV), üst kuark kütlesinin değerini yaklaşık %0.22 hassasiyetle tahmin ediyor.

Üst kuark kütlesinin kesin bilgisi, dünyamızı en küçük ölçekte anlamak için büyük önem taşımaktadır.

Bu en ağır temel parçacığı mümkün olduğu kadar yakından bilmek çok önemlidir çünkü Standart Modelin iç tutarlılığının test edilmesini sağlar.

Örneğin, W bozonu ve Higgs bozon kütlesini doğru bir şekilde bilerek, üst kuark kütlesini ve sonuç olarak, üst kuark kütlesi ve Higgs bozonu kütlesi kullanılarak W bozonu kütlesi de tahmin edilebilir.

İlginç bir şekilde, kuantum düzeltmelerinin etkisiyle ilgili olan kütlenin teorik fizik tanımını üst kuark için ölçmek hala zordur.

Ve dikkat çekici bir şekilde, Evrenimizin kararlılığı, Higgs bozonunun ve üst kuark kütlelerinin kesin değerlerine bağlıdır.

Fizikçiler sadece Evrenimizin mevcut kesinlik ile yarı kararlı bir duruma çok yakın olduğunu biliyorlar. Üst kuark kütlesi biraz bile farklı olsaydı, Evren uzun vadede daha az kararlı olurdu ve potansiyel Büyük Patlama'ya benzer bir olayda ortadan kaybolurdu.

CMS araştırmacıları, üst kuark kütlesinin en son ölçümlerini yapmak için 2016 yılında CMS dedektörü tarafından toplanan proton-proton LHC çarpışmalarından elde edilen verileri kullandılar.

Önceki analizlerde ölçülen en fazla üç özellik yerine, bir çift üst kuarkın üretildiği çarpışma olaylarının beş farklı özelliğini ölçtüler.

Ayrıca, CMS verilerinin son derece hassas bir kalibrasyonunu gerçekleştirdiler ve kalan deneysel ve teorik belirsizlikler ve bunların karşılıklı bağımlılıkları hakkında derinlemesine bir anlayış kazandılar.

Bu yenilikçi yöntemle, tüm bu belirsizlikler, üst kuark kütlesinin nihai değerini belirleyen matematiksel uyum sırasında da çıkarıldı ve bu, bazı belirsizliklerin çok daha doğru bir şekilde tahmin edilebileceği anlamına geliyordu.

Ekibin sonucu olan 171.77 ± 0.38 GeV, önceki ölçümlerle ve Standart Modelden gelen tahminle tutarlıdır.

Sonuç 5 Nisan 2022'de İsviçre'nin Zürih kentindeki LHC Seminerinde sunuldu.