На Большом адронном коллайдере наблюдали редкое трио частиц

Na bolshom adronnom kollajdere nabljudali redkoe trio chastic 0c42f3a.jpg

Ученые из коллаборации ATLAS представили результаты анализа полного набора данных второго запуска Большого адронного коллайдера, собранных с 2015 по 2018 год. В новом исследовании они впервые наблюдали крайне редкий процесс, при котором Z-бозон рождается одновременно с двумя другими бозонами-переносчиками слабого взаимодействия (W или Z), известных как векторные бозоны. Препринт работы опубликован на портале arXiv.

W- и Z-бозоны — переносчики слабого взаимодействия, одного из четырех фундаментальных взаимодействий в природе. W-бозоны отвечают за ядерные реакции, такие как бета-распад, при котором один тип частицы превращается в другой. Z-бозон участвует в слабых нейтральных токах — процессах, при которых частицы взаимодействуют, но не меняют свой заряд. Открытие этих бозонов в 1983 году подтвердило Стандартную модель физики элементарных частиц, за что их первооткрыватели получили Нобелевскую премию.

«Рождение сразу трех векторных бозонов — чрезвычайно редкий процесс», — отметил Фабио Черутти, координатор физической программы ATLAS. — «Его изучение дает ценную информацию о взаимодействиях между несколькими бозонами, которые связаны с фундаментальными симметриями Стандартной модели».

Команда ATLAS обнаружила рождение VVZ-бозонов с высокой статистической значимостью, которая превышает порог, необходимый для официального подтверждения открытия. Это означает, что вероятность случайного возникновения такого процесса составляет всего 1 к 100 миллиардам. Однако выделение этого сигнала было очень сложным, так как он маскируется другими процессами, имеющими похожие характеристики.

Ранее коллаборации ATLAS и CMS уже наблюдали аналогичные процессы, такие как рождение трех векторных бозонов (VVV) и W-бозонов (WWW), однако VVZ-процесс фиксируется впервые.

Так как W- и Z-бозоны являются одними из самых тяжелых известных частиц, они могут распадаться множеством различных способов. В новом исследовании ученые ATLAS сосредоточились на семи наиболее перспективных сценариях их распада. Для повышения точности анализа они применили метод машинного обучения — boosted decision trees (усиленные решающие деревья), обучив алгоритмы на каждом из возможных каналов распада.

Благодаря сочетанию различных каналов распада физики смогли выделить сигнал VVZ-рождения и установить ограничения на возможные вклады гипотетических эффектов новой физики. Итоговые данные подтвердили предсказания Стандартной модели и соответствуют предыдущим результатам исследований процессов с тремя векторными бозонами.

В дальнейшем, ученые планируют уточнить параметры рождения трех векторных бозонов. Это позволит глубже понять природу этих фундаментальных частиц и их роль в структуре Вселенной.

Ранее физики сыграли в квантовый бильярд.