Après plus de trois ans de travaux de mise à niveau et de maintenance, le Large Hadron Collider a entamé sa troisième période de fonctionnement (Run 3) en juillet 2022. Depuis lors, l’accélérateur de particules le plus puissant au monde fait entrer en collision des protons à une énergie record de 13,6 TeV. . La collaboration ATLAS vient de sortir son premières mesures de ces collisions record, en étudiant les données recueillies dans la première quinzaine d’août 2022.
Les chercheurs ont mesuré les taux de deux processus bien connus : la production de paires de quarks top et la production d’un boson Z, qui procèdent respectivement par des interactions fortes et électrofaibles. Le rapport de leurs sections efficaces est sensible à la structure interne du proton, et leur mesure impose des contraintes sur les probabilités relatives que des réactions soient déclenchées par des quarks et des gluons.
Ces premières mesures valident également la fonctionnalité du détecteur ATLAS et de son logiciel de reconstruction, qui a subi de nombreuses améliorations en préparation du Run 3.
Les physiciens se sont concentrés sur les désintégrations du boson Z en paires d’électrons et de muons, et sur les désintégrations du quark top en un boson W et un jet — des pulvérisations collimatées de particules — provenant d’un quark bottom. Le boson W se désintègre ensuite en un électron ou muon et un neutrino invisible. Comme l’analyse utilise des données très anciennes du Run 3, les physiciens se sont appuyés sur des étalonnages préliminaires des leptons, des jets et de la luminosité. Celles-ci ont été dérivées rapidement après que les premières données sont devenues disponibles.
ATLAS a mesuré un rapport de production de la paire de quarks top au boson Z qui est cohérent avec la prédiction du modèle standard dans l’incertitude expérimentale actuelle de 4,7 %.
L’étalonnage et les incertitudes correspondantes seront améliorés à mesure que davantage de données seront traitées. Les futures mises à jour de l’étalonnage permettront aux chercheurs de mesurer les sections efficaces avec une plus grande précision.
Pour valider leurs résultats, les physiciens ont effectué une série de recoupements. Celles-ci comprenaient la mesure du rapport de la section efficace chaque fois que le LHC recevait un nouveau remplissage de protons pour une prise de données.
D’autres analyses utilisant les données du Run 3 suivront, exploitant les énergies sans précédent et l’ensemble accru de données du LHC.