ATLAS探测器测量13 TeV pp碰撞中高能top夸克全强衰减截面

本研究利用ATLAS探测器对在质子-质子（pp）碰撞中，当中心-of-mass能量s=13 TeV时，高度激发的顶夸克（tt）对产生的全强最终状态进行了详细的测量。这一工作聚焦于高boosted顶夸克，即它们以极高的速度衰变为多个强子（hadronic final states），这在现代粒子物理学实验中是重要的研究领域，因为它们能够揭示强相互作用中的动力学性质。 测量的数据集基于2015年和2016年CERN大型强子对撞机（LHC）的36.1 fb^-1综合光度，这是当时ATLAS实验收集的大规模数据样本。研究中选择的事件特征是一对大型半径（large-radius）喷注，其中至少有一个喷注的横向动量pT超过500 GeV，另一个喷注的pT大于350 GeV。这种选择有助于区分顶夸克信号与多喷注背景，因为高度激发的顶夸克通常伴随着明显的内部结构和特定的b-jet关联。 为了获得准确的测量结果，研究人员使用了先进的数据分析技术，包括射线子结构信息（jet substructure），这种方法允许他们从复杂的多喷注环境中识别出顶夸克候选。此外，他们对实验观测到的光谱进行了校正，首先针对的是粒子级（particle-level）的 fiducial phase space，这是一种理想化的物理空间，反映了理论预测的理想条件。同时，还考虑了部分级（parton-level）的有限相空间效应，这是实际碰撞过程中的实际限制。 通过对测量数据与多种蒙特卡洛（Monte Carlo）模拟的χ^2比较，研究人员能够定量评估实验结果的精度，并与理论预测值进行对比。根据报告，tt对在基准相空间内的产生截面被测得为292±7（统计误差）±71（系统误差）fb，这与理论预测的384±36 fb存在一定的差异，提供了对标准模型中顶夸克及其相互作用的新数据点，进一步验证了或挑战了现有的理论模型。 总结来说，这项研究不仅展示了ATLAS探测器在高能物理实验中的精确测量能力，也为深入理解顶夸克的生产、衰变机制以及强相互作用的性质提供了宝贵的数据基础。它促进了粒子物理学领域对于极端条件下的物理过程的探索，为未来的理论发展和实验设计提供了重要的参考。