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Precision Physics and Discovery at Hadron Colliders with Heavy Quarks

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Otro vistazo a la nueva física

La producción de pares de quarks top-antitop es uno de los fenómenos que se observa con gran precisión en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) del CERN. En el lado teórico, un grupo de científicos financiado por la Unión Europea ha buscado predicciones con el mismo nivel de precisión con el fin de poner a prueba el modelo estándar sobre interacciones fundamentales y hallar pequeñas desviaciones posibles respecto del mismo como indicios de la nueva física.

Tecnologías industriales

Debido a su masa excepcionalmente elevada, el quark top es una señal excelente del mecanismo de generación de masa y desempeña papeles especiales en muchos escenarios de la nueva física. En el LHC, los quarks top se generan principalmente en pares top-antitop a ritmos que alcanzan los millones al año. Las numerosas estadísticas permiten medir con gran precisión las velocidades de generación y desintegración. Para detectar posibles indicios de la nueva física, estas mediciones tan precisas deben ajustarse a predicciones con un grado parecido de precisión. El proyecto TOPPHYSICS (Precision physics and discovery at hadron colliders with heavy quarks), financiado por la Unión Europea, se centró en las técnicas necesarias para lograr la precisión teórica requerida con correcciones de cromodinámica cuántica hasta el tercer orden (NNLO). En teoría de perturbaciones, los observables medibles se expresan en forma de series de potencias de las constantes de acoplamiento. Si se conserva el término de orden mayor de la serie, la predicción teórica correspondiente es muy inexacta y ofrece solo una descripción cualitativa del proceso. Al considerar el término de segundo orden (NLO), se pueden obtener predicciones fiables cualitativamente. Puesto que el LHC ha aumentado el nivel de precisión, los físicos necesitan tener en cuenta las aportaciones de tercer orden NNLO. Los cálculos con NNLO plantean varios problemas técnicos. Implican la evaluación de integrales complicadas de camino cerrado con una estructura analítica no trivial que TOPPHYSICS abordó mediante una nueva estructura matemática. Parte de TOPPHYSICS se dedicó al análisis NLO de los efectos de nueva física en los pares de quarks top-antitop y la generación de quarks top únicos en el LHC. Se desarrolló un generador de eventos Monte Carlo para usarlo con el fin de buscar los indicios de nueva física en el LHC. Después de veintisiete meses de cierre y vuelta al servicio, el LHC inició su esperada segunda etapa de funcionamiento en 2015. El trabajo del proyecto ha contribuido a proporcionar a la comunidad de físicos las herramientas para buscar signos de física más allá del modelo estándar.

Palabras clave

Física, Gran Colisionador de Hadrones, modelo estándar, quarks pesados, cromodinámica cuántica

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