CMS实验：13 TeV质子-质子碰撞中单顶夸克与反夸克生成横截面测量

"通道中单个顶部夸克和反夸克生产截面的测量及其在质子-质子碰撞中的比例" 这篇论文是CMS合作组发表在《Physics Letters B》上的研究成果，它详细报告了在质子-质子碰撞中通过t通道产生单个顶夸克和反夸克的横截面测量值以及它们的比例。这项实验是在欧洲核子研究中心（CERN）的大型强子对撞机（LHC）上进行的，使用的是2016年CMS探测器收集的数据，总综合光度达到了35.9 fb^(-1)。研究的核心内容是在质心能量为13 TeV的条件下，分析高能粒子碰撞中的特定过程。 在实验分析中，研究人员选择了包含一个介子或电子的事件作为观测对象，这些事件通常与顶夸克衰变的特征相关。为了从背景噪声中区分出顶夸克和反夸克的信号，他们应用了不同种类的喷注（jet）和b喷注（b jet）多重性，以及多元鉴别符（multivariate discriminators）。这种方法能够有效提高信号与背景的区分度，从而更准确地估算出顶夸克和反夸克的生成概率。 根据分析结果，单个顶夸克的生产横截面被测量为130±1（统计误差）±19（系统误差）pb，而单个反夸克的生产横截面为77±1（统计误差）±12（系统误差）pb。两者的生产比例为1.68±0.02（统计误差）±0.05（系统误差）。这个比例与标准模型的预测相符，进一步验证了该模型的正确性。 测量这些截面对于理解基本粒子物理，特别是顶夸克的性质至关重要。顶夸克是已知最重的基本粒子，它的存在和特性为研究强相互作用和希格斯机制提供了独特窗口。通过精确测量其生成过程，科学家可以检验量子色动力学（QCD）理论，这是描述强相互作用的标准理论。此外，由于顶夸克的质量接近于电弱标度，它也可能与新物理学现象有关，因此对其产生率的精确测量对于寻找超出标准模型的新物理线索至关重要。 这篇论文的成果展示了高能物理实验的精细分析能力，以及在LHC环境下对标准模型的持续测试。通过对比实测值和理论预期，我们可以不断优化我们对宇宙最基本粒子和力量的理解。这项工作不仅是粒子物理学领域的一个重要贡献，也为未来的高能物理研究奠定了基础。