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Après plus de trois ans de travaux d'amélioration et de maintenance, le Grand collisionneur de hadrons (LHC) est entré en juillet 2022 dans sa troisième période d'exploitation. Depuis, l'accélérateur de particules le plus puissant du monde fait entrer en collision des protons à l'énergie record de 13,6 TeV. La collaboration ATLAS vient de publier les premiers résultats de ces collisions, résultant de l’analyse des données collectées durant la première moitié du mois d'août 2022.
Les scientifiques ont mesuré les taux de deux processus bien connus : la production d'une paire de quarks top et celle d'un boson Z, respectivement par interaction forte et par interaction électrofaible. Le rapport de leurs sections efficaces est sensible à la structure interne du proton, et leur mesure fixe des contraintes concernant les probabilités relatives que les réactions soient initiées par des quarks ou par des gluons.
Ces premières mesures valident par ailleurs la fonctionnalité du détecteur ATLAS et de son logiciel de reconstitution, qui ont fait l'objet de nombreuses améliorations en vue de la troisième période d'exploitation.
Les physiciens ont examiné plus particulièrement les désintégrations du boson Z en paires d'électrons et en paires de muons, ainsi que les désintégrations du quark top en un boson W et un jet – constitué de gerbes de particules collimatées – issu d'un quark bottom. Le boson W se désintègre ensuite en un électron, ou un muon, plus un neutrino invisible. Étant donné que l'analyse se base sur les toutes premières données de la troisième période d'exploitation, les scientifiques se sont appuyés sur les étalonnages préliminaires des leptons, des jets et de la luminosité, effectués dès l’acquisition des premières données.
L'équipe d'ATLAS a mesuré le rapport de production entre une paire de quarks top et un boson Z, qui s’avère conforme à la prédiction du Modèle standard dans les limites de l'incertitude expérimentale actuelle de 4,7 %.
L'étalonnage et les incertitudes correspondantes seront améliorés à mesure que plus de données seront traitées. Les futures mises à niveau de l'étalonnage permettront aux chercheurs de mesurer les sections efficaces avec une plus grande précision.
Pour valider leurs résultats, les scientifiques ont effectué une série de vérifications, en mesurant notamment le rapport des sections efficaces chaque fois qu'un faisceau de protons était injecté dans le LHC pour une campagne d'acquisition de données.
D'autres analyses s'appuyant sur les données collectées durant la troisième période d'exploitation suivront, tirant parti des énergies sans précédent et d'un volume de données LHC plus important.
Pour en savoir plus, voir le site web de l’expérience ATLAS (en anglais).