ИСТИНА

Экспериментальное открытие топ-кварка состоялось в 1995 году на коллайдере Tevatron в процессах парного рождения проходящего в сильных взаимодействиях. Через 12 лет, на том же коллайдере, удалось зарегистрировать одиночное рождение топ-кварка, проходящего в электрослабых взаимодействиях. Такая задержка в открытии одиночного рождения, связана с целым рядом сложностей возникающих в этих процессах, по сравнению с процессами парного рождения. Несмотря на сложности в исследовании одиночного рождения, только в этих процессах электрослабые взаимодействия являются причиной и рождения и распада топ-кварка (в парном рождении только распад топ-кварка проходит в электрослабых взаимодействиях). Такая особенность процессов одиночного рождения предоставляет уникальную возможность исследования сектора топ-кварка в Стандартной модели (СМ) и измерения ряда параметров связанных с электрослабыми взаимодействиями и самым тяжелым из известных кварков. Целый ряд уникальных свойств топ-кварка, позволяет предположить, что первые указания на отклонения от предсказаний СМ могут проявляться именно в секторе топ-кварка и процессы одиночного рождения наиболее чувствительны к некоторым типам таких возможных отклонений. Авторский коллектив данного проекта непосредственно участвовал в открытие одиночного рождения топ-кварка и продолжает проводить исследования физики топ-кварка на новом коллайдере LHC. Накопленный опыт и разрабатываемые методы вычислений, моделирования и оптимизации анализа, позволяют авторскому коллективу напрямую применять результаты исследований в экспериментальных коллаборациях D0 (Tevatron) и CMS (LHC) членами которых является часть авторского коллектива. Данная заявка направлена на поддержку проводимых исследований одиночного рождения топ-кварка, внедрение разрабатываемых методов в экспериментальные анализы и получение реальных экспериментальных результатов как в рамках Стандартной модели, так и проводить поиск проявления наиболее актуальных моделей вне рамок СМ. Проект исследования предполагает детальное моделирование процессов рождения одиночного топ-кварка с параметрами Стандартной модели (СМ) во всех модах (t-канальной, s-канальной и tW-ассоциативной) с учетом NLO поправок, спиновых корреляций, конечных ширин топ-кварка и W-бозона. Физика за пределами Стандартной модели в секторе топ-кварка может проявляться либо через присутствие новых частиц в электрослабом рождении топ-кварка (заряженных s-канальных резонансов, в частности), либо через изменение предсказываемых Стандартной моделью значений параметров связи топ-кварка с другими частицами. Проект предполагает построение новых моделей для генераторов и моделирование в их рамках процессов с нейтральными токами, меняющими аромат кварков, с аномальными операторами в вершинах рождения и распада топ-кварка, а также с рождением дополнительных частиц-резонансов - заряженных векторных (W') и скалярных (H+) бозонов с учётом интерференционных членов, дающих заметный эффект при измерении полного сечения процесса рождения топ-кварка. На основании результатов данного проекта и применения разработанных методик в экспериментах CMS (LHC, CERN) и D0 (Tevatron, Fermilab), будут получены более точные, по сравнению с имеющимися, измерения параметров Стандартной модели, значения сечений процессов с одиночным рождением топ-кварка, параметра смешивания Vtb и массы топ-кварка. В анализе по поиску возможных отклонений от предсказаний Стандартной модели, основанном на результатах данного проекта, будут получены либо первые указания на такие отклонения, либо ограничения на аномальные константы связи векторного и магнитного типов в вершине Wtb, ограничения на параметры, определяющие силу нейтральных токов, меняющих ароматы кварков, нижние ограничения на массы дополнительных векторных и скалярных заряженных бозонов и верхние ограничения на константы связи таких дополнительных бозонов с учётом интерференции W' бозонов и W-бозона Стандартной модели.

Полученные в 2014 году важнейшие результаты - в эксперименте CMS коллайдера БАК проведено измерение сечения t-канального рождения одиночного топ кварка при энергии протон-протонных столкновений 8 ТэВ. Сечение составило 83.6 +/- 7.7 пб и согласуется с предсказаниями Стандартной модели; - в эксперименте CMS проведено измерение сечения ассоциативного рождения топ кварка и W бозона при энергии протон-протонных столкновений 8 ТэВ. Сечение составило 23.4±5.4 пб и согласуется с предсказаниями Стандартной модели. Достигнутая статистическая значимость измерения в 6.1 стандартных отклонения, позволила впервые сообщить об экспериментальном открытии этого процесса; - проведено обьединение всей доступной экспериментальной статистики экспериментов D0 и CDF коллайдера Теватрон (Фермилаб) и проведено измерение сечения s-канального рождения одиночного топ кварка. Достигнутая статистическая значимость в 6.3 стандартных отклонения позволила впервые сообщить об экспериментальном открытии s-канального рождения одиночного топ кварка; - в эксперименте CMS исследованы состояния спиральности W бозона при распаде топ кварка в t-канальном процессе одиночного рождения и получены ограничения на возможные отклонения от состояний спиральности предсказываемых Стандартной моделью. На основе анализа состояний спиральности были представлены ограничения на аномальные левые и правые заряженные токи тензорного типа во взаимодействии топ кварка с W бозоном и b-кварком; - в эксперименте CMS на данных протон-протонных столкновений при энергии 7 ТэВ, проведен прямой поиск существования аномальных правых векторных и левых тензорных заряженных токов во взаимодействии топ кварка с W бозоном и b-кварком. Получены первые на коллайдере БАК прямые ограничения на константы связи характеризующие такие аномальные токи. Получены как одномерные ограничения, так и контуры двухмерных ограничений при одновременной вариации обеих констант связи; - в эксперименте CMS на данных протон-протонных столкновений при энергии 7 ТэВ, проведен прямой поиск существования нейтральных токов меняющих аромат кварков во взаимодействии топ кварка с u- или c-кварком проходящем через обмен глюоном. Измерены ограничения на константы связи характеризующие такие взаимодействия. Найденные ограничения выраженные через вероятности распада топ кварка составили Br(t->u,g) < 3.55*10-4 и Br(t->c,g) < 3.44*10-3. - в эксперименте CMS на данных протон-протонных столкновений при энергии 8 ТэВ, завершен поиск дополнительного векторного заряженного бозона W' распадающегося на топ кварк и b-кварк. Нижние ограничения на массу W' составили 2.05 ТэВ для W' взаимодействующего через правые токи и 1.84 ТэВ для W' взаимодействующего через левые токи. В последнем случае был проведен полный учет вклада интерференции дополнительного W' и W Стандартной модели. Измерена зависимость результата от констант связи характеризующих взаимодействие W' с топ кварком и b-кварком, и получены соответствующие контуры ограничений.