Фізики вперше спостерігали народження трьох бозонів у протон-протонних зіткненнях

Стандартна модель, найбільш вичерпна з існуючих теорій, що описують взаємодії фундаментальних частинок, пророкує існування так званих трибозонних взаємодій. Ці взаємодії являють собою процеси, в яких бозони трьох видів одночасно виникають в результаті однієї події на Великому адронному колайдері.

Трибозонні взаємодії неймовірно рідкісні, часто в сотні разів рідше, ніж події з бозоном Хіггса, оскільки зазвичай вони відбуваються раз на 100 мільярдів протон-протонних зіткнень. Хоча Стандартна модель пророкує їхнє існування, фізики досі не могли спостерігати їх експериментально.

CMS Collaboration, велика група дослідників з безлічі фізичних інститутів по всьому світу, нещодавно вперше спостерігала утворення трьох масивних калібрувальних бозонів у протон-протонних зіткненнях (калібрувальні бозони - це бозони, які діють як переносники фундаментальних взаємодій).

Їх стаття, опублікована в Physical Review Letters, пропонує перші експериментальні докази існування трибозонних взаємодій, відкриваючи нові можливості для вивчення взаємодій між фундаментальними масивними калібрувальними бозонами, а саме бозоном W ­, Z і бозоном Хіггса.

«Рідкість і новизна трибозонних взаємодій були головною рушійною силою нашого рішення почати пошук цих подій», - сказав Саптапарна Бхаттачарья, науковий співробітник Центру фізики БАК у Фермілабі. «Наше досягнення є кульмінацією попередніх спроб пошуку цих процесів, зроблених як ATLAS, так і CMS при енергіях 8 і 13 ТЕВ».

Експеримент CMS - це тривалі дослідження, засновані на використанні детектора загального призначення на БАК (наприклад, компактного мюонного соленоїду або CMS). За останні кілька років учасники CMS Collaboration використовували цей детектор для збору даних, пов'язаних із взаємодією частинок, які могли б допомогти в пошуках темної матерії і полегшити відкриття нової фізики.

У своєму недавньому дослідженні фізики вивчили великий набір даних, зібраний за допомогою детектора в період з 2016 по 2018 рік, оскільки вони зрозуміли, що взаємодії трибозонів стають більш доступними і мають досить високу частоту подій, щоб їх можна було відрізнити від фонових сигналів.

Таким чином, вони приступили до пошуку трибозонів або VVV (де V = W +, W-, Z-бозони) і встановили існування трибозонних взаємодій при 5,7 стандартних відхиленнях, що означає, що ймовірність спостереження є флуктуацією 1 з 10⁶, або один шанс з мільйона.

«Спостереження за утворенням трьох важких калібрувальних бозонів в одному зіткненні є важливою віхою у фізиці БАК», - пояснив Саптапарна Бхаттачарья. "Спочатку ми скептично ставилися до виявлення цих процесів на такій ранній стадії програми БАК. Це відкриття проливає світло на фундаментальну взаємодію між калібрувальними бозонами і відкриває нове вікно в складні деталі Стандартної моделі ".

Колаборація CMS тепер планує провести подальші дослідження для вивчення процесу, який вони виявили, а також розширити свій аналіз, щоб також шукати події з розпадами W-і Z-бозонів на кварки і нейтрино.

Це дозволить їм додатково перевірити правильність Стандартної моделі і потенційно розкрити нові фізичні явища, які не можна пояснити існуючими фізичними теоріями.