Novas Descobertas da Pesquisa do Quark Top no LHC

Esse artigo fala sobre a busca por Quarks Top, que são partículas fundamentais na física. Especificamente, ele procura por pares de quarks top que tenham a mesma carga elétrica. Os experimentos foram realizados no Grande Colisor de Hádrons (LHC) usando o Detector ATLAs, um dispositivo complexo que serve para observar e medir partículas produzidas durante colisões de prótons em alta energia.

#Contexto

O quark top é um dos seis tipos de quarks e é conhecido por ser bem pesado. Na física de partículas padrão, não se espera encontrar pares de quarks top com a mesma carga sendo produzidos normalmente. No entanto, estudar a produção deles pode ajudar os cientistas a entender se existem processos ou interações além do modelo padrão atual da física de partículas.

#O Detector ATLAS

O detector ATLAS é um instrumento grande e sofisticado situado no LHC, que fica subterrâneo na Europa. Ele tem uma variedade de componentes que permitem medições detalhadas dos eventos de colisão, incluindo:

• Detector de Rastreamento Interno: Essa parte rastreia partículas carregadas.
• Calorímetros: Eles medem a energia das partículas.
• Espectrômetro de Mésons: Este detecta mésons, um tipo de lépton pesado semelhante aos elétrons.

O detector ATLAS consegue registrar uma quantidade enorme de dados das colisões que ocorrem quando os prótons são colididos em alta energia.

#O Processo de Busca

A busca por pares de quarks top com a mesma carga envolveu coletar dados de colisões próton-próton a uma energia de centro de massa. No total, cerca de 140 fb de dados foram registrados de 2015 a 2018. A análise focou em eventos onde dois léptons (partículas como elétrons ou mésons) da mesma carga foram detectados junto com pelo menos dois jatos de partículas produzidas durante as colisões.

#Seleção de Eventos

Para identificar eventos relevantes, foram utilizados critérios específicos:

1. Os eventos devem ter dois léptons com a mesma carga.
2. Devem estar presentes pelo menos dois jatos, especialmente aqueles marcados como contendo quarks pesados (b-jets).

#Redes Neurais

Redes neurais, uma forma de inteligência artificial, foram empregadas para melhorar o processo de seleção. Essas redes ajudaram a diferenciar entre eventos que poderiam indicar a presença de nova física e aqueles que poderiam ser explicados dentro do modelo padrão.

#Resultados

A busca não encontrou sinais significativos de pares de quarks top com a mesma carga. No entanto, a análise permitiu que os pesquisadores estabelecessem limites sobre suas potenciais taxas de produção. Um limite superior de 1.6 fb foi estabelecido com um nível de confiança de 95% para a produção total desses pares de quarks top com a mesma carga.

#Coeficientes de Wilson

No contexto da busca, os pesquisadores também examinaram três parâmetros específicos conhecidos como coeficientes de Wilson, que estão associados a modelos teóricos que vão além do modelo padrão. Esses coeficientes ajudam os cientistas a explorar novas interações que poderiam envolver quarks top.

#Contexto Teórico

Em circunstâncias normais, a produção de pares de quarks top com a mesma carga elétrica não é permitida na ordem principal da teoria, tornando a busca por esses pares um teste interessante para nova física. Se algum par for encontrado, isso sugeriria interações ou partículas que não são entendidas atualmente.

#Teoria de Campo Efetiva (EFT)

A busca utilizou a teoria de campo efetiva para simular possíveis cenários de nova física envolvendo pares de quarks top. Essa abordagem considera o modelo padrão como uma aproximação de uma teoria subjacente mais básica.

#Pesquisas Anteriores

Tentativas anteriores de encontrar esses pares de quarks top com a mesma carga também foram conduzidas pelas colaborações ATLAS e CMS no LHC. Análises anteriores estabeleceram certos limites superiores nas taxas de produção com base em eventos e medições semelhantes, mas esta pesquisa buscou fornecer uma busca mais focada com menor dependência de modelos teóricos.

#Dados e Simulação

Para interpretar os dados coletados, os pesquisadores se basearam em eventos de colisão simulados para entender o comportamento esperado sob diferentes condições. Essas simulações utilizaram várias ferramentas que modelaram interações e os comportamentos resultantes das partículas com base em princípios de física conhecidos.

#Conclusão

A busca por pares de quarks top com a mesma carga no LHC forneceu informações valiosas, apesar de não detectar um sinal significativo. Os limites superiores estabelecidos nas taxas de produção contribuem para o conhecimento sobre partículas fundamentais e as interações que as regem. À medida que pesquisas como essa continuam, os cientistas esperam descobrir novos fenômenos que possam reformular nossa compreensão do universo.

#Agradecimentos

A operação do LHC e o trabalho realizado pela colaboração ATLAS dependeram bastante do apoio de várias equipes científicas e de engenharia em todo o mundo. Esses esforços garantem que os experimentos possam ser conduzidos de forma eficaz e que os dados possam ser analisados completamente.

#Direções Futuras

À medida que a tecnologia e os modelos teóricos avançam, provavelmente haverá mais oportunidades para explorar as complexidades da física de partículas. Investigações contínuas sobre a produção e interações dos quarks top podem trazer mais insights que iluminem o caminho para uma compreensão mais completa da natureza fundamental da matéria.