ATLAS探测器在7 TeV pp碰撞中测量顶夸克与反顶夸克质量差

"使用ATLAS检测器在s = 7 TeV的pp碰撞中测量顶夸克和反顶夸克之间的质量差" 这篇论文详细介绍了在欧洲核子研究中心(CERN)的大强子对撞机(LHC)上，ATLAS合作组如何利用ATLAS探测器对质子-质子碰撞产生的顶夸克(top quark)和反顶夸克(anti-top quark)的质量差异进行测量。实验数据来源于s = 7 TeV能量的质子-质子碰撞，总样本量为4.7 fb-1。该研究的目标是对CPT不变性的一个重要检验，CPT不变性是粒子物理学中的基本原理，它预测顶夸克和其反粒子的质量应完全相同。 在实验过程中，研究人员专注于重建那些由tt对产生并衰变成单个带电轻子（电子或μ子）的事件。这种衰变模式允许科学家们通过分析事件的特征来识别顶夸克和反顶夸克。为了降低背景噪声的影响，他们应用了至少两个b-夸克标签(b-tagging)的要求，因为顶夸克通常会衰变成含有b-夸克的喷注。 通过对每个事件中的顶夸克和反顶夸克候选者的质量差进行计算，研究人员采用最大似然法进行了分析。这种方法能够有效地提取信号，同时最小化背景贡献。结果表明，顶夸克和反顶夸克之间的质量差Δm ≡ mt - m_tbar 为0.67 ± 0.61（统计误差）± 0.41（系统误差）GeV，这个结果与CPT不变性的预测相一致，即质量差接近于零。 这项研究的重要性在于，它不仅验证了标准模型中的基本理论假设，还提供了对顶夸克性质的深入理解。顶夸克作为已知最重的基本粒子，它的性质直接影响着我们对宇宙基本力的理解，特别是弱相互作用和强相互作用。此外，对顶夸克质量差的精确测量有助于寻找可能存在的超出标准模型的新物理现象，因为任何偏离预期的结果都可能是新物理效应的迹象。 这篇论文在高能物理领域具有重要意义，它利用ATLAS探测器的高精度数据，对CPT不变性进行了严格的检验，并且为未来更深入的顶夸克物理研究奠定了基础。