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.
