Exploring vacuum and space-time with top quarks

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project Area: New expansion of particle physics of post-Higgs era by LHC revealing the vacuum and space-time structure
• Project/Area Number: 16H06493
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: Tomoto Makoto 名古屋大学, 理学研究科, 特任教授 (80432235)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 山崎 祐司 神戸大学, 理学研究科, 教授 (00311126)
• Project Period (FY): 2016-06-30 – 2021-03-31
• Keywords: トップクォーク / 湯川結合 / 真空 / LHC/ATLAS実験 / エネルギーフロンティア

Outline of Final Research Achievements

Using proton-proton collision data from the LHC/ATLAS experiment at CERN, precise measurements of top quark pair production differential cross sections show that top quark pair production is well understood in perturbative QCD. We discovered the production of the Higgs boson with a top quark pair and succeeded in directly measuring the Yukawa coupling of top quarks. We precisely measured the top quark mass as an input to the stability of the vacuum of our universe. We searched for new physics such as supersymmetric top quarks and resonant particles decaying into a top quark pair to check the "naturalness" of the stability of the Higgs boson mass. We developed various electronics that will be essential for future top quark physics, such as the High-Luminosity LHC experiment.

Free Research Field

素粒子実験

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

トップクォークの湯川結合の測定から物質を構成するフェルミオンの質量起源が、真空に満たされたヒッグス場との湯川結合によることが明らかになった。これまでのトップクォークの質量測定値によると宇宙の真空は準安定状態であり、更なる精密測定から標準模型を超える新しい物理のエネルギースケールを示唆することができることを示した。最先端の光転送技術と大規模FPGAを用いたエレクトロニクスが将来のエネルギーフロンティア実験で使用可能であることを示した。