Quarks top isolés : comment on les capture et on les compte express
À l'intérieur des protons, accélérés à une vitesse proche de celle de la lumière, naît parfois une particule plus lourde qu'un atome d'or : le quark top. Elle ne vit que des fractions de seconde et se désintègre, laissant une trace dans le détecteur ATLAS. Les physiciens ont collecté ces traces pendant quatre ans pour comprendre à quelle fréquence apparaissent le quark top et son double miroir, l'antiquark.
Il s'avère que la théorie prédit assez bien ces événements, mais pas parfaitement. Les écarts sont particulièrement visibles lorsque le quark s'échappe avec une grande impulsion transverse, comme si une balle, après un coup, partait un peu plus loin que prévu par les calculs. Cela pourrait n'être qu'une imprécision de mesure, ou bien un indice de forces inconnues.
Pour vérifier s'il n'y a pas là de nouvelle physique, les scientifiques ont utilisé une méthode particulière : ils ont cherché des déviations dans un paramètre de la théorie. Ce paramètre décrit comment quatre quarks interagissent ensemble, en contournant les forces ordinaires. S'il s'avérait non nul, ce serait une découverte. Pour l'instant, les données indiquent que le paramètre est très petit, mais les mesures se poursuivent.
En fin de compte, le tableau est presque clair : le modèle standard tient bon, mais les bords de ses prédictions tremblent légèrement. Peut-être que dans ces tremblements se cache quelque chose de nouveau, ou peut-être faut-il simplement mesurer avec plus de précision.
Résumé original
tel que rédigé par les auteurs, en anglais arXiv:2601.04938
The production of single top quarks and top antiquarks via the $$t$$-channel exchange of a virtual $$W$$ boson is measured in proton-proton collisions at a centre-of-mass energy of 13 TeV at the Large Hadron Collider. The full Run 2 data sample recorded with the ATLAS detector in the years 2015-2018 is used, corresponding to an integrated luminosity of 140 fb$$^{-1}$$. The absolute and normalised production cross-sections are measured differentially as a function of the transverse momentum and absolute rapidity of the top quark and top antiquark. In addition, the ratio of top quark to top antiquark production cross-sections is measured. The measured distributions are compared with next-to-leading-order quantum chromodynamics predictions obtained with different combinations of matrix-element generators, parton-shower programs and proton parton distribution functions, as well as to next-to-next-to-leading-order calculations. Overall, good agreement is observed between the measurements and the theoretical predictions. For most measured distributions, the sensitivity to differences between the predictions is limited by the systematic uncertainties in the measurement. The measured differential distributions are also interpreted in an effective field theory approach to constrain the Wilson-Coefficient $$C_{Qq}^{3,1}$$ associated with a four-quark operator. The interpretation accounts for the effect of the selection efficiency, which is altered significantly by non-zero contributions from $$C_{Qq}^{3,1}$$.
Le quark top est si lourd que sa production nécessite une énergie des centaines de fois supérieure à la masse du proton, c'est pourquoi on ne l'obtient que dans les accélérateurs les plus puissants.