Pesquisadores do CMS investigaram pares de quarks superiores em busca de sinais de novas partículas escalares e pseudoescalares
Os físicos de partículas têm procurado novos bósons escalares e pseudoescalares fundamentais porque, se descobertos, poderiam revelar a física além do Modelo Padrão e ajudar a explicar mistérios como a matéria escura e até mesmo por que o Higgs existe. O Higgs continua a ser o único bóson escalar confirmado, e ainda não foram observados bósons pseudoescalares, embora sejam previstos, por exemplo, em teorias envolvendo áxions e partículas semelhantes a áxions. Uma maneira promissora de encontrá-los é procurar seu decaimento em um par de quark high e antiquark (tt̄).
Usando o detector CMS no Giant Hadron Collider, os pesquisadores analisaram 138 fb⁻¹ de dados de colisão próton-próton. Eles reconstruíram a massa invariante do sistema tt̄ e usaram variáveis angulares sensíveis ao seu spin e paridade para distinguir sinais potenciais do fundo do Modelo Padrão. Crucialmente, a análise inclui interferência entre qualquer novo bóson e a produção tt̄ do Modelo Padrão, que pode criar distorções de pico na massa invariante do sistema tt̄, em vez de um simples impacto. O rendimento do evento observado é consistente com a previsão do Modelo Padrão na maior parte do espectro de massa invariante, excluindo assim a contribuição de um novo bóson potencial.
No entanto, o CMS observou um excesso significativo perto do limiar de produção de tt̄, onde a energia das partículas em colisão é apenas suficiente para produzir quarks high e antiquarks. Este excesso tem significância native acima de cinco desvios padrão e a cinemática desses eventos é mais consistente com uma interpretação pseudoescalar do que com uma interpretação escalar. No entanto, o excesso também pode ser explicado por um estado quase ligado de tt previsto, conhecido como topônio, que se ajusta aos dados sem exigir novas partículas além do Modelo Padrão.
Os pesquisadores estabeleceram limites máximos para a intensidade com que novos bósons poderiam se acoplar aos quarks superiores em massas de 365 a 1.000 GeV e larguras de 0,5% a 25%. Essas restrições excluem acoplamentos até cerca de 0,3 para pseudoescalares e 0,4 para escalares, fornecendo os limites mais rigorosos até o momento para ressonâncias escalares decaindo para tt̄.
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