由阿特拉斯合作，阿特拉斯实验 图1:一个候选四顶夸克事件的事件显示，其中两个顶夸克以轻子方式衰变(一个带有合成的μ子(红色)，一个带有电子(绿色))，两个顶夸克以强子方式衰变(绿色和黄色矩形)
喷流(b标记喷流)显示为黄色(蓝色)圆锥体
信用:阿特拉斯合作/欧洲核子研究中心 欧洲粒子物理研究所的阿特拉斯合作已经宣布了四个顶级夸克产生的有力证据
这种罕见的标准模型过程预计在大型强子对撞机(LHC)上产生的每7万对顶夸克中只会出现一次，并且被证明极难测量
顶夸克是标准模型中质量最大的基本粒子，其密度为173千电子伏，相当于一个金原子的质量
但与黄金相反，黄金的质量主要来自核结合力，顶夸克的所有质量来自与希格斯场的相互作用
因此，当四个顶夸克在一次事件中产生时，它们创造了LHC有史以来最重的粒子最终状态，总共接近700千兆电子伏
这是一个寻找新物理的理想环境，而未知粒子对这一过程有贡献
如果它们存在的话，物理学家将会看到比标准模型预测的还要多的四个顶夸克的产生，进一步激发对这个过程的详细研究
在对四顶夸克产量的新探索中，ATLAS物理学家研究了2015年至2018年间记录的完整的第二次运行数据集
当在LHC通过质子-质子碰撞产生时，这个过程在阿特拉斯探测器中留下了壮观的信号
四个顶夸克产生四个W玻色子和四个来自底夸克的喷射——粒子的准直喷射
然后，W玻色子依次衰变为两个喷流或一个带电轻子(电子、μ子或τ轻子)和一个不可见的中微子
最后一步，τ轻子衰变为更轻的轻子或喷流，并带有额外的中微子
为了这个结果，物理学家选择聚焦于产生两个电荷相同的轻子或三个轻子的碰撞事件
尽管只占所有四顶夸克衰变的12%，这些特征在ATLAS探测器中更容易与背景过程区分开来
然而，检测信号需要详细了解剩余的背景过程，并使用复杂的分离技术
图2:信号区域的增强决策树(BDT)分数输出
数据以黑色显示；红色模拟信号
y轴显示事件的数量，并采用对数刻度
该带包括后轮廓似然拟合(后拟合)计算的总不确定性
数据与总拟合后计算的比率显示在下面的面板中
信用:阿特拉斯合作/欧洲核子研究中心 阿特拉斯物理学家利用信号的不同特征训练了一个多元判别式(增强决策树)，包括大量喷流，它们的夸克味起源(底部夸克与否)，以及被测粒子的能量和角度分布
与信号相似的主要背景过程来自于一对顶夸克与其他粒子的结合，比如W或Z玻色子、希格斯玻色子或另一个顶夸克
其中一些过程本身只是最近才被地图集和内容管理系统协作观察到
每个背景过程都是单独评估的，主要是通过专门的模拟，其中包括来自最佳可用理论预测的信息
最困难的背景过程——带有W玻色子的顶夸克对产生和带有假轻子的背景——必须使用来自专用控制区的数据来确定
当轻子的电荷被错误识别时，或者当轻子来自不同的过程，但是归因于信号时，假轻子就出现了
为了减少最终结果的系统不确定性，两者都必须得到充分理解和精确评估
阿特拉斯测量出四个顶夸克的横截面积为24+7–6 FB，这与标准模型预测(12 fb)一致
7个标准差
信号显著性等于4
3个标准偏差，预期显著性为2
4个标准差是四顶夸克信号等于标准模型预测
测量为这一过程提供了有力的证据
下一次LHC运行的额外数据——以及所采用的分析技术的进一步发展——将提高这一具有挑战性的测量的精度
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