CERN-Wissenschaftler messen die Top-Quark-Masse mit beispielloser Genauigkeit

Die Forscher analysierten die vom Compact Muon Solenoid (CMS) während Experimenten gesammelten Daten

Teilchenkollisionen am Großen HadronCollider. Die Wissenschaftler haben die erzeugten Top-Quarks mithilfe von fünf verschiedenen kinematischen Variablen gemessen, die auf die Masse des Top-Quarks reagieren, statt der drei, die in früheren Studien verwendet wurden. Durch die Einbeziehung neuer Variablen wurde die Genauigkeit der Messungen erhöht. Physiker schätzten die Masse des Top-Quarks auf 171,77 ± 0,38 GeV, was einem Fehler von etwa 0,22 % entspricht.

CERN stellt fest, dass für MessungenEine äußerst genaue Kalibrierung der CMS-Daten und ein tiefes Verständnis der verbleibenden experimentellen und theoretischen Unsicherheiten und ihrer gegenseitigen Abhängigkeiten waren erforderlich. Die Unsicherheiten, die mit der Genauigkeit der Messungen von Teilcheneigenschaften durch den CMS-Detektor und mit theoretischen Beschreibungen der Bildung von Top-Quarks verbunden sind, haben die Forscher detailliert herausgearbeitet.

Signatur zweier Quarks: 4 Hadronenjets (gelbe Kegel), ein Myon (rote Linie) und fehlende Neutrinoenergie (rosa Pfeil). Bild: CMS, CERN

Forscher weisen darauf hin, dass genaue Kenntnisse über die Masse vorliegenDas Top-Quark ist für das Verständnis unserer Welt im Mikromaßstab unerlässlich. Wenn wir der Masse dieses schwersten Elementarteilchens so nahe wie möglich kommen, können wir die interne Konsistenz des Standardmodells testen. Durch die genaue Kenntnis der Massen des W-Bosons und des Higgs-Bosons kann das Standardmodell beispielsweise die Masse des Top-Quarks vorhersagen, und die Masse des W-Bosons kann anhand der Masse des Top-Quarks und der Masse von bestimmt werden das Higgs-Boson.

Wissenschaftler sagen, dass das Verständnis des GradesDie Stabilität unseres Universums hängt von den genauen Massen des Higgs-Bosons und des Top-Quarks ab. Aktuelle Messungen zeigen, dass sich das Universum sehr nahe an einem metastabilen Zustand befindet. Wenn sich die Masse des Top-Quarks jedoch auch nur geringfügig unterscheidet, wird das Universum auf lange Sicht weniger stabil sein und möglicherweise in einem urknallähnlichen Ereignis verschwinden.

Eine noch höhere Messgenauigkeit erhoffen sich die Forscher, wenn der neue Ansatz auf Daten angewendet wird, die bei Experimenten in den Jahren 2017 und 2018 gesammelt wurden.

Titelbild: CMS, CERN

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