Эксперименты на Большом адронном коллайдере (БАК) ежедневно фиксируют редкие события, но некоторые из них исключительно редки, как, например, последний результат, полученный коллаборацией CMS. Впервые коллаборация наблюдала рождение одиночного топ-кварка вместе с W- и Z-бозонами — это крайне редкий процесс, который происходит лишь раз в триллионе столкновений протонов.
Открытие нового окна в понимании фундаментальных сил природы
Создание топ-кварка, W-бозона и Z-бозона, известное как tWZ-производство, открывает новое окно для понимания фундаментальных сил природы. Изучая tWZ-производство, физики могут исследовать взаимодействие топ-кварка с электрослабым взаимодействием, которое переносится W- и Z-бозонами.
Потенциал для углубления понимания механизма Хиггса
Кроме того, топ-кварк — это самая тяжёлая из известных фундаментальных частиц, что означает его сильное взаимодействие с полем Хиггса. Изучение tWZ-процесса может дать нам более глубокое понимание механизма Хиггса. Это также может указать на признаки новых явлений и физики за пределами Стандартной модели.
Сложность наблюдения tWZ-производства
Однако наблюдать tWZ-производство непросто. Это не только один из самых редких процессов Стандартной модели, который в настоящее время можно наблюдать на БАК, но и его анализ очень сложен. Этот процесс очень похож на другой, известный как ttZ-производство, при котором топ-кварк и антитоп-кварк производятся вместе с Z-бозоном. Производство ttZ происходит примерно в семь раз чаще, чем tWZ, что означает наличие большого количества фонового шума, который исследователи должны идентифицировать.
Использование передовых методов анализа
«Из-за своей редкости и сходства с процессом ttZ наблюдение tWZ-производства требует передовых методов анализа, включая современное машинное обучение», — говорит Альберто Бельведере, исследователь коллаборации CMS в DESY. Используя свой алгоритм машинного обучения, исследователи смогли отделить сигнал от tWZ-производства от фоновых данных.
Результаты опубликованы на сервере препринтов arXiv
Результаты доступны на сервере препринтов arXiv. Коллаборация CMS обнаружила, что скорость tWZ-производства была немного выше, чем предсказывала теория. Будущие данные и анализ прояснят, является ли это просто статистической флуктуацией или первым намёком на что-то за пределами известных законов физики.
«Если есть неизвестные взаимодействия или частицы, наблюдаемое отклонение между измеренной скоростью [tWZ-производства] и предсказанием быстро станет больше с увеличением энергии исходящих частиц, — говорит Роман Коглер, исследователь коллаборации CMS в DESY. — Это эффект, уникальный для процесса tWZ».
Важность открытия
Коллаборация CMS отметила первое наблюдение явления, столь редкого, что оно происходит лишь раз в триллионе протон-протонных столкновений. Это ещё одно напоминание о способности БАК раскрывать самые сокровенные тайны природы.
Предоставлено CERN