Top-quarks in de Large Hadron Collider (LHC) proton-protonbotsingen worden voornamelijk in paren geproduceerd, met een top-quark en een top-antiquark. Om de productiesnelheden van top-quarkparen te meten, het ATLAS-experiment onderzocht gebeurtenissen met een elektron, muon, en een of twee jets die waarschijnlijk afkomstig waren van bottom-quarks. Door het aantal gebeurtenissen met één bottom-quark jet te vergelijken met die met twee bottom-quark jets, ATLAS kon zowel de totale productiesnelheid, evenals de efficiëntie van het identificeren van jets met een bodemsmaak.

Deze methode werd gebruikt om de kinematica te onderzoeken van de elektronen en muonen die afkomstig zijn van het verval van de top-quark. Het resultaat bereikt een ongekend niveau van precisie, met totale onzekerheden variërend van 1 procent tot 15 procent, het verschaffen van nieuwe inzichten in de dynamiek van de productie van top-quarks en het verbeteren van onze kennis van de verdeling van gluonen in het proton. Het resultaat stelde ATLAS ook in staat om een ​​nauwkeurige nieuwe bepaling van de top-quarkmassa te maken.

De massa van de top-quark is een fundamentele parameter van het standaardmodel, die precies de relatie tussen de massa's van de top-quark voorspelt, W- en Higgs-bosonen. Elke afwijking van dit patroon zou kunnen wijzen op nieuwe deeltjes of verschijnselen. Figuur 1 toont de waarden van de top-quarkmassa (m _t ) bepaald uit vijf van de gemeten productiesnelheden. Een van de sterke punten van deze meting is de combinatie van alle kinematische verdelingen, een waarde van m . geven _t =173,2 ± 1,6 GeV.

Het meten van de massa van de top-quark is een enorme uitdaging. De top-quark kan niet direct worden waargenomen; het moet indirect worden afgeleid door vergane deeltjes. In aanvulling, metingen van de top-quarkmassa worden altijd beïnvloed door een onherleidbare theoretische dubbelzinnigheid, aangezien top-quarks deeltjes zijn die onderhevig zijn aan de sterke interactie en niet geïsoleerd kunnen vervallen zonder interactie met andere quarks en gluonen die daarbij worden geproduceerd.

Het gebruik van elektronen- en muonkinematica heeft geholpen om deze ambiguïteiten te verminderen, en de nieuwe ATLAS-meting van de massa van de bovenste quark heeft een kleinere theoretische ambiguïteit dan andere metingen die jets van onderste en lichtere quarks onderzoeken. Deze nieuwe meting is een belangrijke stap voorwaarts in ons begrip van de top-quark.