ATLAS实验：13 TeV下顶夸克-光子过程中的变味中性电流搜索

在《物理快报B》2020年第800期的一篇文章中，ATLAS实验团队报告了一项关于使用81 fb^-1的质子-质子碰撞数据，对顶夸克与光子之间的 Flavor-Changing Neutral Current (FCNC) 过程进行了深入研究。这项研究是在大型强子对撞机（LHC）的ATLAS探测器上进行，其运行的能量为13 TeV。研究目标是寻找顶夸克与上或下夸克（u/c）之间的非标准相互作用，通过观察它们与光子的耦合。 实验中，研究人员选择了一系列特征明显的事件，包括至少一个光子、一个带b标签的喷射物（表明可能包含b夸克），以及没有横向动量的剩余活动，这些都指向可能存在FCNC信号。他们利用了一个基于运动学变量的神经网络模型来区分信号事件（潜在的FCNC过程）和背景事件（正常量子色动力学过程）。 通过对数据的分析，结果显示数据与纯背景假设相符合，这意味着在统计显著性范围内并未发现FCNC的证据。实验团队根据有效场论（Effective Field Theory，EFT）框架，设定了对tqγ（顶夸克-夸克-光子）耦合强度的限制。具体来说，他们将这一限制转化为95%置信水平下的上界，对于t→γu过程，左侧（右侧）限制为2.8×10^-5（6.1×10^-5）；对于t→γc过程，左侧（右侧）限制为40 fb（33 fb）对应的tqγ横截面，以及分支比分别为22×10^-5（18×10^-5）。 此外，这些结果还被用来给出对左手（右手）tcγ耦合产生的FCNCtγ横截面的95% CL上限，以及对t→γc过程的分支比上限。这次实验进一步证实了标准模型的预测，同时也为未来的高能物理实验提供了更加严格的约束，以探索可能超出标准模型的新物理现象。由于实验数据的精确匹配和严谨的统计分析，这一成果为粒子物理学的基础研究增添了重要一环。