在大型强子对撞机（LHC）的质子碰撞中，一对顶夸克（已知最重的基本粒子）经常与其他重夸克（包括底夸克和粲夸克）一起产生。这些碰撞事件可以为物理学家提供对量子色动力学（QCD）的宝贵见解，量子色动力学是描述强作用力的理论。精确地确定这些过程的生产速率（或“横截面”）也使研究人员能够更有效地将它们与更罕见的现象区分开来。
在最近的两项研究中，ATLAS合作分析了LHC Run 2（2015-2018）的质子-质子碰撞数据，以测量顶夸克对与底夸克或粲夸克一起产生的频率，并探索这些过程的详细动力学。
第一次ATLAS研究的重点是顶夸克对与底夸克产生的粒子“喷流”（b-喷流）一起产生的频率。为了高精度地识别（或“标记”）这些b型喷气机，研究人员使用了一种名为“风味标记算法”的工具，该工具可以寻找特定的模式，例如ATLAS探测器中的粒子在衰变前穿过的距离。
通过分析具有相反电荷的电子-介子对和至少三到四个b喷流的事件，ATLAS物理学家对这些事件类别中顶夸克对过程的总横截面进行了迄今为止最精确的测量。这些测量结果超过了目前理论预测的准确性，特别是在具有更多b型喷气机的事件中。将结果与多个理论预测进行比较，以评估该过程建模的准确性。
研究人员还检查了运动（或“运动学”）特性，如b-射流的动量和总射流能量，以测试顶夸克对产生的模拟与数据的匹配程度。他们的发现指出了理论模型需要改进的领域，以更好地捕捉额外b型喷气机生产的复杂性。
最近在第17届国际顶夸克物理研讨会上发表的第二项ATLAS研究，通过首次提供专门的ATLAS测量顶夸克对与源自粲夸克（c-喷流）的喷流一起产生的频率，开辟了新的领域。
ATLAS物理学家分析了带有一个或两个轻子（电子和介子）的事件，使用专门为本研究开发的定制风味标记算法来区分c-射流与b-射流和其他射流。这个算法是必不可少的，因为c型喷流比b型喷流更难识别，因为它们的寿命更短，在ATLAS探测器中产生的特征也不那么明显。
研究发现，大多数理论模型与数据提供了合理的一致性，尽管它们通常低估了c-喷气的产生速度。这些结果首次分别确定了顶夸克对事件中单个和多个粲夸克产生的横截面，强调了对这些过程进行精细模拟以改进未来测量的必要性。
综上所述，这些研究加深了对QCD框架内顶夸克与底夸克和粲夸克关系的理解。此外，它们为涉及顶夸克的更罕见过程的新探索铺平了道路——比如同时产生四个顶夸克——这可能会突破已知物理学的界限。
这两项研究都发表在arXiv预印本服务器上。
