• início do projecto: 2005-06-01
• área de estudo: Física de Altas Energias
• coordenador científico: António Onofre
• financiamento:
• url: http://mars.fis.uc.pt/~plhc-top/

Um importante esforço conjunto de preparação da comunidade experimental e teórica de Física de Partículas Elementares é necessário por forma a responder ao desafio do LHC. Este esforço deve ser concentrado não apenas no estudo dos melhores observáveis em LHC que permitam realizar testes de precisão do Modelo Padrão (SM) da Física Elementar de Partículas, mas também no desenvolvimento de novas ideias de Física para além do SM. Com o objectivo de concretizar uma estreita colaboração entre a comunidade de Físicos Experimentais e Teóricos de Partículas, foram propostas várias tarefas no âmbito do presente projecto, e cujo estado actual se passa a descrever.

A primeira tarefa envolveu o estudo de processos associados a correntes neutras com troca de sabor (FCNC) na produção simples de quarks top em LHC. Para o efeito foi desenvolvido um modelo teórico efectivo e estudado o impacto de novos acoplamentos em observáveis físicos em LHC. Os novos processos foram incluidos em geradores Monte Carlo de LHC (TopRex) e verificou-se que a sua importância não pode ser ignorada em LHC face aos canais normais de produção directa.

Outra tarefa desenvolvida no âmbito deste projecto, envolveu o estudo de assimetrias angulares em decaimentos do quark top. No SM o vértice Wtb é considerado puramente esquerdo com uma intensidade proporcional ao elemento Vtb da matriz de Cabibbo-Kobayashi-Maskawa (CKM). Apesar da secção eficaz de produção dupla de quarks top em LHC não ser sensível ao valor de Vtb, as correlações angulares dos produtos de decaimento destes quarks podem dar informação valiosa sobre a estrutura do vértice Wtb. Novas assimetrias foram introduzidas ($A_+$ e $A_-$) bem como novas razões entre as polarizações dos bosões W (Rho_R e Rho_L). Foi possível verificar que os novos observáveis introduzidos são mais sensíveis aos acoplamentos anómalos vectoriais e tensoriais do que os previamente utilizados em LHC.

No âmbito do presente projecto tem sido ainda estudada a radiação dos quarks tops (para gluões, fotões e Z´s). Esta pesquisa incide numa primeira fase, no estudo da produção dupla de quarks top acompanhados de um fotão energético que vai permitir estudar os factores de forma do quark top em LHC.

In order to address the physics potential of the LHC program, a significant joint effort of the experimental and theoretical particle physics community is required. This effort must consider not only the study of the best physical observables to perform a precise test of the Standard Model (SM) of Elementary Particle Physics at LHC, but also to develop new ideas for physics beyond the SM. Several tasks were proposed in the present project to implement a strong collaboration between experimental and theoretical particle physicists.

As actividades que se pretendem realizar no âmbito do presente projecto durante o ano de 2008, envolvem uma colaboração estreita entre Físicos Experimentais e Teóricos de Partículas. Esta colaboração permitirá dar continuidade ao trabalho que têm vindo a ser desenvolvido ao longo deste últimos anos através da realização de um conjunto de tarefas teóricas e experimentais que se descrevem de seguida.

No estudo da produção simples de quarks top através de processos associados a correntes neutras com troca de sabor (FCNC) prevê-se continuar a implementação nos geradores Monte Carlo (TOPREX) das contribuições provenientes desta nova física. Parte destes diagramas (associados à interacção forte) foram já introduzidos no TopRex (versão 4.20). A contribuição proveniente dos vértices associados à interacção fraca está presentemente a ser calculada e assim que for possível será também introduzida no gerador. O estudo da radiação de estado inicial e final, e os erros sistemáticos em geral, é de grande importância uma vez que são a maior limitação à precisão das medidas em LHC.

Em relação às assimetrias nos decaimentos do quark top, prevê-se estudar a contribuição de novas assimetrias de spin, angulares e de energia, que permitam aumentar a sensibilidade experimental a novos acoplamentos anómalos (vectoriais e tensoriais) que possam contribuir para o vértice de decaimento Wtb. Serão estudadas as correlações entre os vários observáveis e irá continuar a desenvolver-se o programa (designado por TopFit) que permite fazer o ajuste global de todos os observáveis em função dos novos acoplamentos anómalos.

Pretende-se ainda continuar o estudo dos acoplamentos electrofracos do quark top através da análise das secções eficazes de produção de acontecimentos com dois quarks top (acompanhados ou não de fotões energéticos).

Uma das tarefas fundamentais deste projecto é precisamente o desenvolvimento de Modelos Teóricos que permitam uma melhor compreensão por um lado do SM e por outro da nova Física para além do SM. Apesar de novos modelos teóricos terem já sido desenvolvidos quer associados à produção simples de quarks top via FCNC, quer associados aos decaimentos do quark top (e ao estudo da estrutura do vértice Wtb), esta tarefa encontra-se em fase de desenvolvimento: é ainda necessário introduzir uma nova interpretação teórica associada aos acoplamentos eletrofracos do quark top e dos seus factores de forma.