Physiker bestimmen erstmals die Running-Masse des Topquarks

Ein Kandidatenereignis für ein Topquark/Antitopquark-Paar am CMS-Detektor. (Credits: Image: CMS / CERN)
Ein Kandidatenereignis für ein Topquark/Antitopquark-Paar am CMS-Detektor. (Credits: Image: CMS / CERN)

In der subatomaren Welt, im Herzen von Protonen oder Neutronen, findet man Elementarteilchen, die als Quarks bezeichnet werden. Die Massen dieser Quarks zu messen kann anspruchsvoll sein, aber neue Ergebnisse der CMS Collaboration offenbaren erstmals, wie die Masse des Topquarks (dem schwersten der sechs Quarktypen) variiert, abhängig vom Energieumfang, der zur Messung des Teilchens genutzt wurde.

Die Theorie der Quantenchromodynamik, ein Bestandteil des Standardmodells, sagt diese Energieumfangsvariation – genannt Running – für die Massen aller Quarks und für die zwischen ihnen agierende starke Wechselwirkung voraus. Die Beobachtung der Running-Massen von Quarks kann daher eine Möglichkeit bieten, um die Quantenchromodynamik und das Standardmodell zu prüfen.

Experimente am CERN und anderen Laboratorien haben bereits die Running-Massen des Bottomquarks und des Charmquarks gemessen, den zweit- und drittschwersten Quarks. Die Ergebnisse stimmen mit der Quantenchromodynamik überein. Jetzt hat die CMS Collaboration Daten aus hochenergetischen Proton-Proton-Kollisionen am Large Hadron Collider verwendet, um die Running-Masse des Topquarks zu ermitteln.

Die Physiker untersuchten, wie oft Teilchenpaare aus einem Topquark und seinem Antimaterie-Gegenstück in den Kollisionen produziert wurden. Diese Messung nahmen sie in 3 verschiedenen Energiebereichen zwischen 400 Gigaelektronenvolt und einem Teraelektronenvolt vor und verglichen die Ergebnisse anschließend mit den theoretischen Voraussagen der Topquark/Antitopquark-Produktionsrate. Aus diesem Vergleich erhielten sie die Masse des Topquarks in diesen drei Energiebereichen.

Das Ergebnis: Die Masse des Topquarks scheint sich wie von der Quantenchromodynamik vorhergesagt zu verändert – das heißt, sie nimmt mit steigendem Energieumfang ab. Allerdings basiert das Ergebnis auf nur drei experimentell gewonnenen Datenpunkten. Mehr Datenpunkte und verbesserte theoretische Voraussagen sollten mit höherer Genauigkeit sagen können, ob das tatsächlich der Fall ist.

Abhandlung: “Running of the top quark mass from proton-proton collisions at s√= 13 TeV” von der CMS Collaboration

Quelle

(THK)

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