Ny milepæl nået i undersøgelsen af ​​elektro svag symmetribrud

I standardmodellen for partikelfysik, elementarpartikler erhverver deres masse ved at interagere med Higgs -feltet. Denne proces styres af en delikat mekanisme:brud på elektrisk svag symmetri (EWSB). Selvom EWSB først blev foreslået i 1964, det forbliver blandt de mindst forståede fænomener i standardmodellen, da der kræves et stort datasæt af partikelkollisioner med høj energi for at undersøge det.

Efter opdagelsen af ​​Higgs -bosonen i 2012, undersøgelsen af ​​EWSB ved højenergigrænsen begyndte for alvor på Large Hadron Collider (LHC) på CERN. Bortset fra præcist at måle egenskaberne af Higgs -bosonen - især dens selvkobling-en vigtig mulighed for at undersøge EWSB er studiet af W- og Z-bosons højenergiadfærd, når de spreder hinanden. Denne proces, som er styret af elektro svage interaktioner, er kendt som massiv vektor bosonspredning.

Vektor bosonspredning er en af ​​flere elektro svage processer, der bidrager til produktionen af ​​et par W- eller Z -bosoner i forbindelse med to "stråler" af hadroniske partikler (der hver stammer fra en kvark), som fremstilles fortrinsvis modsat hinanden i retning langs protonbjælkerne. Uden Higgs boson, hastigheden af ​​denne proces ville vokse på ubestemt tid med kollisionsenergien. EWSB -mekanismen bør præcist afskaffe denne ukontrollerede vækst, ifølge standardmodellen. Imidlertid, potentielle nye fysikprocesser kan påvirke hastigheden af ​​denne proces ved høj energi, hvilket gør dens præcise måling til et vigtigt mål for LHC -eksperimenterne.

ATLAS -fysikere søger i LHC -kollisioner efter den elektriske svage produktion af to jetfly i forbindelse med et par massive vektorbosoner - enten W ^± W ^± , W ^± Z eller ZZ. Disse analyser er meget udfordrende på grund af mangel på signal i nærværelse af en stor, ureducerbar stærk interaktionsbaggrund. For at forbedre følsomheden for signalregistrering, ATLAS -fysikere søgte efter begivenheder, hvor vektorbosonerne var henfaldet til leptoner, og de anvendte multivariate teknikker til at udnytte subtile forskelle mellem signal- og baggrundshændelser.

ATLAS har med succes observeret en svag produktion af to jetfly i forbindelse med W ^± W ^± og W. ^± Z i 2018, ved hjælp af 36 fb ^-1 af 13 TeV -proton -protonkollisionsdata. Disse resultater blev opnået takket være den store mængde data leveret af LHC, en omhyggeligt optimeret søgemetode, og den fremragende kalibrering af ATLAS -detektoren for at garantere en præcis måling af leptoner og jetfly. Der blev ikke set nogen signifikant afvigelse fra standardmodelforudsigelser i disse målinger.

Fysikere satte sig derefter for at observere den el -svage produktion af to jetfly i forbindelse med ZZ - den sjældneste af de tre processer. CMS -samarbejdet søgte efter denne proces ved hjælp af 36 fb ^-1 af data, men fandt ingen klare beviser endnu.

På European Physical Society Conference on High-Energy Physics (EPS-HEP) i Gent, Belgien, ATLAS præsenterede en ny søgning efter denne proces ved hjælp af det fulde Run 2 -datasæt (139 fb ^-1 ). Resultatet kombinerer to forskellige kanaler, der stammer fra forfaldene i Z-bosonparret:fire ladede leptoner og to ladede leptoner plus to neutrinoer, henholdsvis. Multivariate diskriminanter i form af Boosted Decision Trees (BDT) trænes i at forbedre adskillelsen mellem signalet og baggrunden. De observerede BDT -fordelinger i begge kanaler undersøges sammen med en statistisk metode til bestemmelse af signalmængden.

Det nye ATLAS -resultat giver observation af den svage produktion af to jetfly i forbindelse med ZZ, med en statistisk signifikans på 5,5 standardafvigelser. Det er kompatibelt med standardmodelens forventning om 4,3 standardafvigelser.

Observationen af ​​denne proces markerer endnu en milepæl i undersøgelsen af ​​EWSB. Yderligere kontrol af EWSB vil fortsætte i andre kanaler såvel som med fremtidige datasæt på LHC.