ATLAS -eksperimentet viser tegn på tre massive vektor -bosonproduktioner

ATLAS -eksperimentet på CERN har netop frigivet bevis for den samtidige produktion af tre W- eller Z -bosoner i proton -protonkollisioner ved Large Hadron Collider (LHC). W- og Z -bosonerne er mediatorpartiklerne i den svage kraft - en af ​​de fire kendte grundlæggende kræfter - som er ansvarlig for fænomenet radioaktivitet samt en væsentlig ingrediens i vores Solens termonukleære proces.

Et nyt vindue til efterforskning

Det nye ATLAS -resultat er baseret på data indsamlet af ATLAS i løbet af 2015–2017 ved en kollisionsenergi på 13 TeV. Det giver tegn på "tri-boson" -hændelser med en betydning på 4 standardafvigelser. Denne indikation er kun det seneste kapitel i en årtiers lang historie med målinger med svage bosoner. W- og Z-bosonerne blev opdaget i 1983 ved CERNs proton-antiproton-kollider. I 1996, ved CERNs Large Electron-Positron (LEP) kolliderer, begivenheder med to W bosoner blev først observeret, og kort tid efter blev ZZ -begivenheder fundet. Et årti efter det, WW, WZ- og ZZ -hændelser blev observeret ved Fermilabs Tevatron -kollider. Store mængder af diboson -begivenheder produceres nu på LHC, muliggør præcise målinger.

Sjældne tri-boson-produktionsprocesser forudsiges af standardmodellen for partikelfysik. Deres produktion involverer selvinteraktion mellem de svage bosoner, såkaldte triple og quartic gauge boson koblinger, som er følsomme over for mulige bidrag fra endnu ukendte partikler eller kræfter.

Da svage bosoner er ustabile, de rekonstrueres i detektoren via deres henfald til par leptoner (herunder usynlige neutrinoer) eller kvarker - sidstnævnte danner sprøjter af partikler, kaldet "jetfly". ATLAS-fysikere kombinerede søgninger efter forskellige henfaldsmåder og forskellige former for tri-bosonproduktion, herunder begivenheder med tre W bosoner ("WWW"), og begivenheder med en W boson, en Z boson og en tredje boson af begge sorter. Sidstnævnte er kendt som "WVZ" begivenheder, hvor "V" er en stenografi for "W eller Z."

En teknik anvendt af ATLAS -fysikere til at søge efter "WWW" -begivenheder brugte den beregnede invariante masse på to stråler og sammenlignede dette med massen af ​​W boson (figur 1). Dette gav dem mulighed for at afgøre, om jetflyene var resultatet af et W boson -henfald. Sådanne teknikker er blevet brugt af fysikere i årtier (herunder ved opdagelsen af ​​Higgs -bosonen i 2012).

WVZ -analysen, på den anden side, anvender maskinindlæringsteknikker til at identificere tri-boson-begivenheder. Flere multivariate algoritmer i form af boostede beslutningstræer (BDT'er) blev trænet i at lære, hvilke hændelser i data, der er fra tri-boson-produktion, og som stammer fra andre Standard Model-processer. Ved at overveje forskellige træk ved begivenheden - såsom momenten i leptonerne, den samlede momentum -ubalance og antallet af jetfly - BDT'erne er i stand til at udlede (mere effektivt end mennesker) oprindelsen af ​​dataene. Ultimativt, BDT'erne identificerede nogle af dataene sandsynligvis fra WVZ -produktion.

Alt i alt, den resulterende ATLAS -måling (figur 2) viser sig at være i overensstemmelse med standardmodelforudsigelsen, hvilket giver endnu en brik i puslespillet i vores forståelse af partikelfysik.