Visning av proton-protonkollisionshändelser registrerade av CMS-experimentet. En kandidathändelse för samtidig produktion av W+, två Z bosoner, med flera elektroner och muoner (dvs. 5 elektroner i detta fall). Kredit:CMS Collaboration.
Standardmodellen, den mest uttömmande befintliga teorin som beskriver grundläggande partikelinteraktioner, förutspår förekomsten av så kallade tribosoninteraktioner. Dessa interaktioner är processer där tre-gauge bosoner produceras samtidigt från en Large Hadron Collider-händelse.
Triboson -interaktioner är otroligt sällsynta, ofta upp till hundratals gånger ovanligare än Higgs boson -händelser, eftersom de vanligtvis sker en gång var 100 miljarder proton-protonkollisioner. Även om standardmodellen förutsäger deras existens, fysiker hade hittills inte kunnat observera dem experimentellt.
CMS -samarbetet, en stor grupp forskare från många fysikinstitut över hela världen har nyligen observerat produktionen av tre massiva bosoner i proton-protonkollisioner för första gången någonsin. Deras papper, publicerad i Fysiska granskningsbrev , erbjuder det första experimentella beviset på förekomsten av tribosoninteraktioner, öppna nya möjligheter för studien interaktioner mellan grundläggande massiva mätare bosoner, nämligen W ±, Z, och Higgs boson.
"Sällsyntheten och nyheten i triboson -interaktioner var den främsta ledstjärnan bakom vårt beslut att inleda en jakt på dessa händelser, "Saptaparna Bhattacharya, postdoktoral forskningsassistent vid Northwestern University och framstående forskare vid LHC Physics Center på Fermilab, berättade för Phys.org. "Vår prestation är en kulmen på tidigare försök att leta efter dessa processer genom både ATLAS och CMS -samarbeten i centrum för massenergier på 8 och 13 TeV."
CMS-experimentet är en pågående forskningsinsats baserad på användning av en detektor för allmänna ändamål vid LHC (dvs. Compact Muon Solenoid eller CMS). Under de senaste åren, Bhattacharya och resten av CMS Collaboration använde denna detektor för att samla in data relaterade till partikelinteraktioner, som kan underlätta sökandet efter mörk materia och underlätta upptäckten av ny fysik.
I deras senaste studie, forskarna undersökte en stor datamängd som sammanställts med detektorn mellan 2016 och 2018, som de insåg att triboson -interaktioner blir mer tillgängliga och har händelsehastigheter som är tillräckligt stora för att urskiljas från bakgrundssignaler. De gav sig därför ut för att söka efter tribosoner eller VVV (dvs. där V =W+, W-, Z bosoner) och fastställa förekomsten av triboson -interaktoner vid 5,7 standardavvikelser, vilket innebär att sannolikheten för att observationen är en fluktuation i bakgrunden är en av tio 6 , eller en av 1 miljon.
"Medan majoriteten av triboson -sönderfallssätt involverar hadronic -jetstrålar, en delmängd av händelser som ger upphov till elektroner och muoner (gemensamt kända som leptoner) leder till distinkta signaturer i detektorn, "Bhattacharya förklarade." CMS-detektorn är det mest kända instrumentet för att upptäcka leptoner och vi utnyttjade den här funktionen för att isolera de sällsynta VVV-händelserna från bakgrundsprocesser. "
Sannolikheten att stora bosoner kommer att produceras vid proton-protonkollisioner är större vid ett centrum för massenergi på 13 TeV, jämfört med lägre mass-mass-energier bedömda i tidigare studier. Med hjälp av optimala signalvalskrav, forskarna kunde således isolera den sällsynta tribosonprocessen från bakgrundsignaler i CMS-datasetet 2016-2018.
"Närvaron av W ± och Z-bosonerna som produceras vid proton-protonkollisioner kan härledas genom att detektera deras sönderfallsprodukter, "Philip Chang, postdoktor vid University of California San Diego och en del av CMS Collaboration, berättade för Phys.org. "Ett av de tydligaste tecknen på deras närvaro är upptäckten av elektroner och muoner med hög fart. Eftersom processen vi ville upptäcka involverar tre massiva mätbosoner, flera elektroner och muoner bör finnas när händelsen äger rum, medan det i andra bakgrundshändelser som inte producerar flera massonmätare bosoner, antalet elektroner och muoner är lågt. Vi letade således efter proton-protonkollisioner med flera elektroner och muoner för att observera den mycket sällsynta signalprocessen från bakgrundshändelser. "
I de data de analyserade, Bhattacharya, Chang och resten av CMS-samarbetet identifierade tydligt produktionen av tre massiva mätbosoner i en proton-protonkollision. Deras resultat är ett betydande bidrag till området partikelfysik, när de introducerar nya möjligheter för att studera interaktioner mellan massiva mätbosoner. I framtiden, denna studie kan bidra till att förbättra den nuvarande förståelsen för olika typer av stora bosoner, inklusive den nyligen upptäckta Higgs -bosonen.
"Observationen av produktionen av tre tunga bosoner i en LHC -kollision utgör en viktig milstolpe i LHC -fysik, "Bhattacharya förklarade." I början, vi var skeptiska till att upptäcka dessa processer i ett så tidigt skede av LHC -programmet. Denna upptäckt belyser den grundläggande interaktionen mellan mätbosoner och öppnar ett nytt fönster i de invecklade detaljerna i standardmodellen. "
CMS Collaboration planerar nu att genomföra ytterligare studier för att utforska processen de upptäckte, samt utvidga sin analys till att även söka efter händelser med W ±, och Z boson förfaller till kvarker och neutriner. Detta gör det möjligt för dem att testa giltigheten av standardmodellen ytterligare och potentiellt avslöja nya fysiska fenomen som inte kan förklaras av befintliga fysiksteorier.
"Vi studerar för närvarande triboson -interaktioner i detalj, efter att ha fastställt sin existens, "Sade Chang." Ett av de viktigaste målen för vår nästa uppsats kommer att vara att granska de nyupptäckta tribosonprocesserna och söka efter tydliga tecken på fysik utöver vad som förutses av standardmodellen. "
© 2020 Science X Network
