Am 5. Juli erwachte der LHC nach drei Jahren kontinuierlicher Verbesserungen der Maschine sowie der Detektoren und Analysewerkzeuge der Experimente für seinen dritten Lauf zum Leben und erreichte sofort eine Rekordenergie von 13,6 TeV. Nur drei Wochen später war die CMS-Kollaboration (Compact Myon Solenoid) bereit für ihre Phase der physikalischen Datenerfassung.
Die CMS-Kollaboration präsentierte kürzlich ihre ersten physikalischen Ergebnisse von Run 3 der Produktionsrate von Paaren des schwersten Elementarteilchens, des Top-Quarks. In nur einer Woche, vom 28. Juli bis zum 3. August, sammelte die CMS-Kollaboration Daten, die fast 12 % des Datensatzes entsprechen, der für die Entdeckung des Higgs-Bosons im Jahr 2012 benötigt wurde.
Vor Beginn von Run 3 wurde gehofft – und jetzt bestätigt –, dass es möglich sein würde, eine so große Datenmenge in sehr kurzer Zeit zu sammeln. Physiker brauchten zwei Jahre, um die Daten zu sammeln, die zur Ankündigung der Entdeckung des Higgs-Bosons im Jahr 2012 verwendet wurden. Aber jetzt, dank der Entwicklungen bei Datenerfassungs- und Auswahlsystemen und der beispiellosen Geschwindigkeit der Analysen, können die Daten von Run 3 jetzt in fast analysiert werden Echtzeit.
Aufgrund der großen Anzahl von Top-Quark-Paaren, die am LHC erzeugt werden, kann die physikalische Analyse sogar mit einer kleinen Datenmenge beginnen. Die Produktionsrate dieses schweren Partikelsystems wurde dank der Erhöhung der Kollisionsenergie von 13 TeV in Lauf 2 auf 13,6 TeV in Lauf 3 um etwa 10 % gesteigert.
Die CMS-Ergebnisse, die mit der Vorhersage des Standardmodells übereinstimmen, sind wichtig, weil präzise Messungen der Top-Quark-Eigenschaften unter anderem einen entscheidenden Input für verschiedene Suchen nach neuen Phänomenen in Lauf 3 liefern. Aufgrund seiner hohen Masse zerfällt das Top-Quark sofort zu einem b-Quark und einem W-Boson, das ebenfalls ein instabiles Teilchen ist. Die Zerfallsprodukte hinterlassen beim Passieren des Detektors Spuren, die es ermöglichen, sie zu beobachten und die Detektorleistung zu testen.
Präzisionsmessungen des Standardmodells sind ein wesentlicher Bestandteil des Run 3-Programms, da jede signifikante Abweichung auf neue Physik hinweisen könnte. Die Messung der Produktionsrate von Top-Quark-Paaren ist nur der erste Schritt in das unerforschte Gebiet des neuen Energieregimes, in dem Antworten auf grundlegende physikalische Fragen gefunden werden können.