ATLAS实验中利用半轻子 $t\bar{t}$ 事件首次测量自旋关联

顶夸克在强子化之前衰变。在其自旋态因强相互作用过程改变之前，它已直接传递给顶夸克衰变产物。通过研究衰变产物的角分布可以推断顶夸克的自旋。标准模型预言顶夸克/反顶夸克 ($t\bar{t}$) 对具有关联的自旋。其关联程度对顶夸克的自旋及其产生机制敏感。测量自旋关联可以检验这些预言。超出标准模型的新物理效应可能体现为对预言的偏离。本文介绍了在大型强子对撞机上以质心能量 $\sqrt{s} = 7$ TeV 产生、并由ATLAS探测器重建的 $t\bar{t}$ 对的自旋关联测量。所用数据集对应的积分亮度为 4.6 $\textrm{fb}^{-1}$。$t\bar{t}$ 对在 $\ell$+jets 道中通过运动学似然拟合进行重建，该拟合能够识别来自 $t \rightarrow bW \rightarrow bq\bar{q}'$ 衰变的轻的上型和下型夸克。自旋关联通过实验室系中两个顶夸克自旋分析器之间的方位角 $\Delta \phi$ 分布来测量，并表示为标准模型预言的 $t\bar{t}$ 自旋关联程度 $f_{\textrm{SM}}$。测量结果为 $f_{\textrm{SM}}= 1.12 \pm 0.11\,\text{(stat.)} \pm 0.22\,\text{(syst.)}$，与标准模型预言值 $f_{\textrm{SM}}= 1.0$ 一致。