Un altro scorcio di nuova fisica

Grazie alla sua massa straordinariamente grande, il quark top è un’eccellente sonda del meccanismo di generazione della massa e gioca ruoli specifici in molti nuovi scenari della fisica. Presso l’LHC, i quark top sono prevalentemente prodotti in coppie di quark top antitop a un livello che raggiunge i milioni ogni anno. Le abbondanti statistiche consentono di ottenere misurazioni con elevata precisione degli indici di produzione e decadimento.

Per rilevare eventuali segnali di nuova fisica, queste misurazioni molto precise devono essere abbinate a previsioni teoriche ugualmente accurate. Il progetto TOPPHYSICS (Precision physics and discovery at hadron colliders with heavy quarks) finanziato dall’UE si è focalizzato sulle tecniche per l’ottenimento della precisione teorica richiesta mediante correzioni di cromodinamica quantistica fino all’ordine next-to-next-to-leading (NNLO).

Nella teoria delle perturbazioni, le grandezze misurabili sono espresse in serie di potenza delle costanti di accoppiamento. Se il termine di ordine principale di questa serie viene mantenuto, la corrispondente previsione teorica è molto imprecisa e offre una semplice descrizione qualitativa del processo. Quando si considera il termine di ordine next-to-leading (NLO), è possibile ottenere previsioni qualitativamente affidabili. Dal momento che l’LHC ha innalzato il livello di precisione, i fisici considerano i contributi NNLO. I calcoli di ordine NNLO pongono diverse sfide tecniche. Queste prevedono la valutazione degli integrali di loop complessi. Tali integrali presentano una struttura analitica non banale, gestita dal progetto TOPPHYSICS all’interno di una nuova struttura matematica.

Parte di tale progetto è stata dedicata all’analisi NLO di nuovi effetti fisici relativi alla produzione di coppie quark top antitop e di quark top singoli presso l’LHC. Un generatore di eventi Monte Carlo è stato sviluppato presso l’LHC per scopi di ricerca relativi alla nuova fisica.

Dopo 27 mesi di spegnimento e rimessa in servizio, l’LHC ha iniziato la sua tanto attesa seconda attivazione nel 2015. Il lavoro del progetto ha contribuito a fornire alla comunità della fisica gli strumenti per cercare segni di fisica oltre il Modello Standard.