CMS实验在核-核碰撞中发现顶夸克产生证据

在2018年CMS实验记录的铅-铅碰撞数据样本中报道了重离子碰撞中顶夸克产生的证据，其核子-核子质心能量为$\sqrt{s_{_{\mathrm{NN}}}} =$ 5.02 TeV，对应积分亮度为$1.7\pm0.1\,\mathrm{nb}^{-1}$。顶夸克对($\mathrm{t\bar{t}}$)产生在含两个异号高-$p_\mathrm{T}$孤立轻子($\ell^\pm\ell^\mp =\,\mathrm{e}^{+} \mathrm{e}^{-},\,\mu^{+} \mu^{-},\,\mathrm{and}\,\mathrm{e}^{\pm} \mu^{\mp}$)的事件中测量。我们通过要求或不要求额外存在b标记喷注来检验对$\mathrm{t\bar{t}}$信号过程的灵敏度，从而证明无论是否与介质相互作用（底夸克）或不相互作用（轻子衰变W玻色子）均能鉴别顶夸克衰变产物。为此，包含截面($\sigma_\mathrm{t\bar{t}}$)由对多元判别量的似然拟合导出，该判变量含不同的轻子运动学变量及含或不含b标记喷注多重数信息。观测到（预期）$\mathrm{t\bar{t}}$信号相对纯背景假设的显著性分别为4.0 (5.8)与3.8 (4.8)标准差，对应含与不含b喷注多重数输入的拟合。事件重建与背景扣除后，提取截面分别为$\sigma_\mathrm{t\bar{t}} = 2.03 ^{+0.71}_{-0.64}$与$2.54 ^{+0.84}_{-0.74}\,\mu\mathrm{b}$，低于但仍有别于由标度质子-质子数据及微扰量子色动力学预言的期望值。该测量构成使用顶夸克作为探测强相互作用物质新工具的首个关键步骤。