LHC e Tevatron: sempre più precisi sulla massa del top quark

In occasione delle Rencontres de Moriond, un convegno internazionale che si sta tenendo in Valle d’Aosta, i gruppi di ricerca del LHC e del Tevatron hanno comunicato proprio ieri i risultai delle misurazioni congiunte della massa del top quark. I quattro esperimenti coinvolti – ATLAS, CDF, CMS e DZero – hanno ottenuto il valore fino ad oggi più preciso: 173.34±0.76 GeV.

LHC del CERN di Ginevra e il collisore Tevatron, situato al Fermilab vicino a Chicago, sono gli unici ad aver “visto” un quark top, la particella elementare più pesante a noi nota. Per avere un’idea di cosa significhi più pesante, basta dire che è circa 35.000 volte più pesante dei quark up e down che compongono la maggior parte della materia che possiamo vedere attorno a noi. La sua enorme massa, più di 100 volte quella del protone, lo rende uno degli strumenti più importanti per capire la natura dell’universo. 

(Credit: wikipedia.org).

Il nuovo valore della massa del top quark permetterà di mettere alla prova in modo più preciso il quadro matematico che descrive le connessioni quantistiche tra il quark top, la particella di Higgs e il vettore della forza elettrodebole, il bosone W.  Questo perché il quark top interagisce prevalentemente con l’interazione forte, ma può decadere solamente attraverso la forza debole. Decade quasi esclusivamente in un bosone W ed un bottom quark (spesso il top quark decade così velocemente che si lascia dietro solo una firma osservabile).

Sarà anche possibile capire in che modo il valore di 173.34±0.76 GeV potrà incidere sulle previsioni che riguardano la stabilità del campo di Higgs e dei suoi effetti sull’evoluzione dell’universo. Il passo nella ricerca delle incongruenze nel Modello Standard è breve: suggerimenti ed integrazioni sono naturalmente possibili. 

Grafico che mostra i dati delle misurazioni. (Credit: CERN/Fermilab).

“La combinazione dei dati provenienti da CERN e dal Fermilab per la massa di questa particelle è una forte indicazione della sua importanza per la comprensione della natura”, ha commentato il direttore del Fermilab, Nigel Lockyer. “È un grande esempio di collaborazione internazionale nel nostro settore”.

In totale sono oltre sei mila gli scienziati che partecipano alle quattro collaborazioni sperimentali, e provengono da più di 50 paesi. Ogni esperimento ha misurato la massa del top quark utilizzando diversi metodi di analisi e, soprattutto, diversi canali di decadimento. Gli esperimenti CDF e DZero hanno scoperto il quark top nel marzo del 1995. Da allora il Tevatron prodotto circa 300.000 eventi di collisione che hanno generato quark top mentre LHC è andato vicino ai 18 milioni, la più potente fabbrica di top quark al mondo.

Paper di riferimento:

ATLAS, CDF, CMS, D0 Collaborations,  First combination of Tevatron and LHC measurements of the top-quark mass, http://arxiv.org/abs/1403.4427