Nach über drei Jahren Umbau- und Wartungsarbeiten hat der Large Hadron Collider im Juli 2022 seine dritte Betriebsperiode (Run 3) aufgenommen. Seitdem bringt der weltweit leistungsstärkste Teilchenbeschleuniger Protonen mit einer Rekordenergie von 13,6 TeV zur Kollision . Die ATLAS-Kollaboration hat gerade ihre veröffentlicht erste Messungen dieser Rekordkollisionen anhand von Daten, die in der ersten Augusthälfte 2022 gesammelt wurden.
Die Forscher maßen die Raten von zwei wohlbekannten Prozessen: der Produktion von Top-Quark-Paaren und der Produktion eines Z-Bosons, die durch starke bzw. elektroschwache Wechselwirkungen ablaufen. Das Verhältnis ihrer Querschnitte hängt von der inneren Struktur des Protons ab, und ihre Messung setzt Einschränkungen für die relativen Wahrscheinlichkeiten, dass Reaktionen von Quarks und Gluonen initiiert werden.
Diese frühen Messungen bestätigen auch die Funktionalität des ATLAS-Detektors und seiner Rekonstruktionssoftware, die in Vorbereitung auf Run 3 vielen Verbesserungen unterzogen wurden.
Die Physiker konzentrierten sich auf Z-Boson-Zerfälle zu Elektron- und Myonenpaaren und auf Top-Quark-Zerfälle zu einem W-Boson und einem Jet – kollimierte Teilchensprays – die von einem Bottom-Quark ausgehen. Das W-Boson zerfällt anschließend in ein Elektron oder Myon und ein unsichtbares Neutrino. Da die Analyse sehr frühe Daten aus Run 3 verwendet, verließen sich die Physiker auf vorläufige Kalibrierungen der Leptonen, Jets und Leuchtkraft. Diese wurden zeitnah nach Vorliegen der ersten Daten abgeleitet.
ATLAS hat ein Top-Quark-Paar-zu-Z-Boson-Produktionsverhältnis gemessen, das mit der Vorhersage des Standardmodells innerhalb der aktuellen experimentellen Unsicherheit von 4,7 % übereinstimmt.
Die Kalibrierung und entsprechende Unsicherheiten werden verbessert, wenn mehr Daten verarbeitet werden. Zukünftige Aktualisierungen der Kalibrierung werden es den Forschern ermöglichen, die Wirkungsquerschnitte mit größerer Präzision zu messen.
Um ihre Ergebnisse zu validieren, führten die Physiker eine Reihe von Gegenprüfungen durch. Dazu gehörte die Messung des Querschnittsverhältnisses jedes Mal, wenn der LHC für einen Datenaufnahmelauf mit einer neuen Protonenfüllung injiziert wurde.
Weitere Analysen unter Verwendung der Daten von Lauf 3 werden folgen und die beispiellosen Energien und den erweiterten LHC-Datensatz ausnutzen.