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PublicouRaul Vasques Canela Alterado mais de 8 anos atrás
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Medida da massa e da largura do quark top Manuel Fonseca e Silva - 46745
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Nascimento do quark top Constituintes fundamentais da matéria Constituintes fundamentais da matéria Descoberta do em 1975 Descoberta do em 1975 Descoberta do = bbar em 1977 Descoberta do = bbar em 1977
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Propriedades do top Modelo Standard (SM) Modelo Standard (SM) Spin ½ Spin ½ Tripleto de cor Tripleto de cor P = +1 P = +1
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Propriedades do quark top Teoria de gauge electrofraca (EW) Teoria de gauge electrofraca (EW) Grupo de simetria SU(2) L U(1) Y Grupo de simetria SU(2) L U(1) Y L – quiralidade esquerda L – quiralidade esquerda Y – hipercarga fraca Y – hipercarga fraca Q = T 3 + Y/2 (Gell-Mann-Nishijima) Q = T 3 + Y/2 (Gell-Mann-Nishijima)
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Propriedades do quark top Teoria de gauge EW (cont.) Teoria de gauge EW (cont.) 3 bosões W i acoplados às correntes j i : constante g (só “esquerdos”) 3 bosões W i acoplados às correntes j i : constante g (só “esquerdos”) 1 bosão B acoplado à corrente j Y : constante g’/2 (ambas as quiralidades) 1 bosão B acoplado à corrente j Y : constante g’/2 (ambas as quiralidades) Bosões W = (W 1 W 2 )/ 2 só quiralidade esquerda Bosões W = (W 1 W 2 )/ 2 só quiralidade esquerda Bosão Z = - B Sin W + W 3 Cos W ambas as quiralidades Bosão Z = - B Sin W + W 3 Cos W ambas as quiralidades Fotão: A = B Cos W + W 3 Sin W ambas as quiralidades Fotão: A = B Cos W + W 3 Sin W ambas as quiralidades Cada geração de leptões e de quarks (Cabibbo-rotated) transformam-se como dobletos (esquerdos) de isospin fraco Cada geração de leptões e de quarks (Cabibbo-rotated) transformam-se como dobletos (esquerdos) de isospin fraco Top é o parceiro electrofraco do bottom Top é o parceiro electrofraco do bottom
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Propriedades do quark top Teoria de gauge EW (cont.) Teoria de gauge EW (cont.) Props. EW do t e do b iguais às das duas 1ª gerações (teoric.) Props. EW do t e do b iguais às das duas 1ª gerações (teoric.) Experimentalmente já se confirmaram as previsões para o b Experimentalmente já se confirmaram as previsões para o b Consequentemente, para o top Consequentemente, para o top QuarksQ T3T3T3T3Y u, c, t + 2/3 + 1/2 1/3 d, s, b - 1/3 - 1/2 1/3
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Propriedades do quark top Massa do top ? Massa do top ? SM não prevê massas dos quarks são meros “inputs” SM não prevê massas dos quarks são meros “inputs” Medidas EW dependem apenas de 3 parâmetros: , G F e M Z Medidas EW dependem apenas de 3 parâmetros: , G F e M Z (na ordem mais baixa) (na ordem mais baixa) Com correcções EW alguns parâmetros dependem de m top Com correcções EW alguns parâmetros dependem de m top “Global EW Fit” junta medidas EW + valores experimentais num ajuste 2 estimativas para parâmetros que ainda não foram medidos “Global EW Fit” junta medidas EW + valores experimentais num ajuste 2 estimativas para parâmetros que ainda não foram medidos M top = 178 +10.4 -8.3 GeV/c 2 (PDG 2002 sem medições directas) M top = 178 +10.4 -8.3 GeV/c 2 (PDG 2002 sem medições directas)
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Propriedades do quark top
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Produção do quark top Processos fortes Processos fortes Aniquilação quark-antiquark (qqbar ttbar) Aniquilação quark-antiquark (qqbar ttbar) Fusão de dois gluões (gg ttbar) Fusão de dois gluões (gg ttbar)
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Produção do quark top Processos fracos Processos fracos q qbar t bbar (troca de W no canal s) q qbar t bbar (troca de W no canal s) q b q’ t (troca de W no canal t) q b q’ t (troca de W no canal t) g b t W g b t W
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Produção do quark top Experimental Experimental Colisões p pbar Colisões p pbar Tevatron (Fermilab) – Run I ( s = 1.8 TeV) já produziu o top Tevatron (Fermilab) – Run I ( s = 1.8 TeV) já produziu o top Run II ( s = 1.96 TeV) off-line Run II ( s = 1.96 TeV) off-line LHC (CERN) – s até 14 TeV – (só em 2007) LHC (CERN) – s até 14 TeV – (só em 2007)
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Produção do quark top Experimental Experimental Colisões e + e - (aceleradores lineares) Colisões e + e - (aceleradores lineares) GLC (Japão) - s até 1 TeV GLC (Japão) - s até 1 TeV NLC (Stanford) - s até 1.5 TeV NLC (Stanford) - s até 1.5 TeV Tesla (Alemanha) - s até 0.5 TeV Tesla (Alemanha) - s até 0.5 TeV CLIC (CERN) – em fase de projecto (pós-LHC) CLIC (CERN) – em fase de projecto (pós-LHC)
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Decaimentos do top Admitindo 3 gerações de quarks, o SM prevê que o top decaia exclusivamente pelo processo fraco: t W b’ Admitindo 3 gerações de quarks, o SM prevê que o top decaia exclusivamente pelo processo fraco: t W b’ (com b’ = V td d + V ts s + V tb b) (com b’ = V td d + V ts s + V tb b) Matriz CKM (PDG 2002) Matriz CKM (PDG 2002) 0.9990 < Vtd < 0.9993 0.9990 < Vtd < 0.9993 0.0370 < Vts < 0.0440 0.0370 < Vts < 0.0440 0.0040 < Vtd < 0.0140 0.0040 < Vtd < 0.0140 Colaboração CDF: V tb = 0.97 +.15 -.12 Colaboração CDF: V tb = 0.97 +.15 -.12 t W b é dominante
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Largura do top Cálculo a partir do elemento de matriz Cálculo a partir do elemento de matriz Correcção QCD QCD Correcção QCD QCD 00001.756 1.555 QCD 1.396 GeV
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Tempo de vida do top top = / c 2 top = / c 2 Tempo de hadronização – tempo que uma partícula que se move à velocidade da luz demora a atravessar um hadrão (~1 fm) Tempo de hadronização – tempo que uma partícula que se move à velocidade da luz demora a atravessar um hadrão (~1 fm) t had = 3.33 10 -24 s > top Top não hadroniza t had = 3.33 10 -24 s > top Top não hadroniza Não existem estados ligados (mesões, bariões) com o top Não existem estados ligados (mesões, bariões) com o top 0 0 0 0 3.75 10 -25 s 4.23 10 -25 s QCD 4.71 10 -25 s
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Detectores CDF – identifica os quarks b com grande precisão (pixels de silicone de alta resolução na zona da colisão) CDF – identifica os quarks b com grande precisão (pixels de silicone de alta resolução na zona da colisão)
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Detectores D - obtém medições precisas das energias das partículas recorrendo a calorímetros com grande resolução. Não tem campo magnético central. D - obtém medições precisas das energias das partículas recorrendo a calorímetros com grande resolução. Não tem campo magnético central.
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Estados finais Os estados finais do decaimento, t tbar W b W bbar, dependem do decaimento do W. Os estados finais do decaimento, t tbar W b W bbar, dependem do decaimento do W. W leptao + antineutrino (ou antileptao e neutrino) W leptao + antineutrino (ou antileptao e neutrino) W q q’bar (ou qbar q’) W q q’bar (ou qbar q’) 1 qq’bar b q’’ q’’’bar bbar “All-jets” 2 qq’bar l bar bbar + inverso “Lepton+ jets” 3 lbar b l bar bbar “Dilepton”
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Estados finais e ajuste de m t Cada canal tem 6 partículas no estado final 18 variáveis Cada canal tem 6 partículas no estado final 18 variáveis p t do estado inicial (ttbar) e do estado final + 2 variáveis p t do estado inicial (ttbar) e do estado final + 2 variáveis Restrições: reduzem para 15 o número de variáveis Restrições: reduzem para 15 o número de variáveis p t dos neutrinos calculado pela diferença entre estado inicial e o final p t dos neutrinos calculado pela diferença entre estado inicial e o final “All-jets” – 20 medições para 15 variáveis “All-jets” – 20 medições para 15 variáveis “lepton + jets” – 17 medições para 15 variáveis “lepton + jets” – 17 medições para 15 variáveis “dilepton” – 14 medições para 15 variáveis introduz-se m t (para cada evento usam-se vários valores distrib. máx. veros.) “dilepton” – 14 medições para 15 variáveis introduz-se m t (para cada evento usam-se vários valores distrib. máx. veros.)
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Massa do top (experimental) Resultados CDF e D Resultados CDF e D Canal M t (GeV/c 2 ) Colab. “dilepton” 168 12.3 3.6 DDDD 167.4 10.3 4.8 CDF “all-jets” 186 10.0 5.7 CDF “lepton + jets” 176.1 5.1 5.3 CDF 173.3 5.6 5.5 DDDD
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Massa do top (experimental) Resultado “Top averaging group” – CDF e D Resultado “Top averaging group” – CDF e D M t = 174.3 5.1 GeV/c 2 M t = 174.3 5.1 GeV/c 2 Comparando com o valor do “Global EW Fit” Comparando com o valor do “Global EW Fit” M t = 178 +10.4 -8.3 GeV/c 2 M t = 178 +10.4 -8.3 GeV/c 2
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Massa do top - Futuro LHC - s até 14 TeV, £ = 10 fb -1 /ano. LHC - s até 14 TeV, £ = 10 fb -1 /ano. São esperados 8 10 6 pares de ttbar/ano São esperados 8 10 6 pares de ttbar/ano Reduzir incerteza para M t ~1 a 2 GeV Reduzir incerteza para M t ~1 a 2 GeV Aceleradores lineares – estudar a região limite s = 2M t Aceleradores lineares – estudar a região limite s = 2M t Reduzir incerteza para M t ~200 MeV Reduzir incerteza para M t ~200 MeV Melhorar “Global EW Fit” Melhorar “Global EW Fit”
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