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三重威胁:对质子-质子碰撞中产生的三个大质量肉蒲团3d完整版规范玻色子的首次观测

物理学 2022-06-12 23:59:05

作者:英格丽德·法德利

(同organic)有机 显示由CMS实验记录的质子-质子碰撞事件

同时产生W+,两个Z玻色子,带有多个电子和μ子的候选事件(I

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在这种情况下,5个电子)

信用:CMS协作

标准模型,最详尽的现有理论,概述了基本的粒子相互作用,预测了所谓的摩擦子相互作用的存在

这些相互作用是一个大型强子对撞机事件同时产生三个规范玻色子的过程

特里布森相互作用极其罕见,通常比希格斯玻色子事件罕见数百倍,因为它们通常每1000亿次质子-质子碰撞发生一次

尽管标准模型预测了它们的存在,但物理学家迄今为止还无法通过实验来观察它们

来自世界各地众多物理研究所的一大群研究人员最近首次在质子-质子碰撞中观察到三个大质量规范玻色子的产生

他们发表在《物理评论快报》上的论文首次提供了特里布森相互作用存在的实验证据,为研究基本的大质量规范玻色子,即W、Z和希格斯玻色子之间的相互作用开辟了新的可能性

“特里布森相互作用的稀有性和新颖性是我们决定开始寻找这些事件的主要指导力量,”西北大学博士后研究助理、费米实验室LHC物理中心杰出研究员萨普塔帕娜·巴特查亚告诉《物理》杂志

(同organic)有机

“我们的成就是ATLAS和CMS在8和13 TeV质量能量中心合作寻找这些过程的尝试的高潮

" 内容管理系统实验是一项正在进行的研究工作,其基础是在LHC(美国)使用通用探测器

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紧凑型μ子螺线管或CMS)

在过去的几年里,巴特查亚和合作研究中心的其他成员使用这种探测器来收集与粒子相互作用相关的数据,这有助于寻找暗物质,并促进新物理的发现

在他们最近的研究中,研究人员检查了2016年至2018年间使用该探测器汇编的大型数据集,因为他们意识到特里布森相互作用变得越来越容易获得,并且事件发生率足够大,可以从背景信号中辨别出来

因此,他们开始寻找特里布森或VVV(我

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,其中V=W+,W-,Z玻色子),并在5

7个标准差,这意味着观察到背景波动的概率是1/106,或者1/100万

巴塔查里亚解释说:“虽然大多数特里布森衰变模式涉及强子喷流,但产生电子和μ子(统称为轻子)的一部分事件会在探测器中产生独特的信号。”

“CMS探测器是探测轻子最著名的仪器,我们利用这一特性将罕见的VVV事件从背景过程中分离出来

" 在质子-质子碰撞中产生大玻色子的概率在质心能量为13 TeV时更大,而在过去的研究中评估的质心能量较低

利用最佳信号选择要求,研究人员因此能够从2016-2018年内容管理系统数据集的背景信号中分离出罕见的特里布森过程

“质子-质子碰撞中产生的W玻色子和Z玻色子的存在可以通过探测它们的衰变产物来推断,”加州大学圣地亚哥分校博士后研究员、合作研究中心成员菲利普·张告诉《物理》杂志

(同organic)有机

“它们存在的一个最明显的迹象是对高动量电子和μ子的探测

由于我们想要探测的过程涉及三个大质量规范玻色子,当事件发生时,应该会出现多个电子和μ子,而在其他不产生多个大质量规范玻色子的背景事件中,电子和μ子的数量很少

因此,我们寻找具有多个电子和μ子的质子-质子碰撞事件,以观察来自背景事件的非常罕见的信号过程

" 在他们分析的数据中,巴塔查里亚、常和CMS合作的其他人清楚地确定了质子-质子碰撞中三个大质量规范玻色子的产生

他们的发现是对粒子物理领域的重大贡献,因为他们为研究大质量规范玻色子之间的相互作用引入了新的可能性

在未来,这项研究可能有助于提高目前对不同类型的大玻色子的理解,包括最近发现的希格斯玻色子

“在一次LHC碰撞中观测到三个重规范玻色子的产生构成了LHC物理学的一个重要里程碑,”巴特查亚解释道

“一开始,我们对在LHC计划的早期阶段发现这些过程持怀疑态度

这一发现揭示了规范玻色子之间的基本相互作用,并为标准模型的复杂细节打开了一扇新的窗户

" 合作研究中心现在计划进行进一步的研究,探索他们探测到的过程,并扩大他们的分析范围,以寻找带有W和Z玻色子衰变为夸克和中微子的事件

这将使他们能够进一步测试标准模型的有效性,并有可能揭示现有物理理论无法解释的新物理现象

“我们目前正在详细研究特里布森相互作用,已经确定了它们的存在,”常说

“我们下一篇论文的主要目标之一将是仔细研究新发现的特里布森过程,并寻找超出标准模型预测的物理迹象

"

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