Quark quan sát thấy tương tác thông qua các 'lightsabers yếu'

Anonim

1000 GeV tín hiệu màu vàng của W ± W ± W ± W ± tán xạ có thể được nhìn thấy rõ ràng trên nền từ các quá trình khác. Bên phải: Tín hiệu màu cam của tán xạ W ± ZW ± Z là hiển nhiên khi đóng góp màu trắng ở các giá trị lớn của giá trị điểm của cây quyết định tăng đa biến (BDT). Nhà cung cấp dịch vụ: ATLAS Collaboration / CERN ">

Hai trong số các quy trình hiếm nhất được thăm dò tại Large Hadron Collider, sự tán xạ giữa các boson W và Z phát ra bởi các quark trong va chạm proton-proton, đã được thiết lập bởi thí nghiệm ATLAS tại CERN.

Các boson W và Z đóng vai trò trung gian tương tự cho tương tác hạt nhân yếu như photon làm cho điện từ. Khi các chùm ánh sáng của các photon từ ngọn đuốc hoặc laser không bị ảnh hưởng lẫn nhau, các "lightsabers" điện từ sẽ mãi mãi duy trì khoa học viễn tưởng. Tuy nhiên, chùm các boson W và Z - hoặc "các tia sáng yếu" - có thể phân tán với nhau.

Một trong những động lực chính để xây dựng Large Hadron Collider (LHC) tại CERN là nghiên cứu chính xác quá trình này, được gọi là sự tán xạ boson vector yếu (VBS). Một quark trong mỗi hai proton va chạm phải tỏa ra một boson W hoặc Z. Những hạt cực kỳ ngắn ngủi này chỉ có thể bay khoảng cách 0.1x10 -15 m trước khi biến đổi thành các hạt khác, và sự tương tác của chúng với các hạt khác được giới hạn trong phạm vi 0.002x10 -15 m. Nói cách khác, những "lightsabers yếu" cực kỳ ngắn này chỉ mở rộng khoảng 1/10 bán kính của proton và phải tiếp cận nhau bằng 1/500 bán kính của proton! Một sự trùng hợp ngẫu nhiên không thể xảy ra chỉ xảy ra khoảng một lần trong 20.000 tỷ tương tác proton-proton, được ghi lại trong một ngày hoạt động LHC.

Sử dụng dữ liệu năm 2016, ATLAS giờ đây đã quan sát một cách đáng ngờ sản xuất điện năng WZ và WW, với phần chi phối của nó là sự tán xạ boson vector yếu: W ± W ± → W ± W ± và W ± Z → W ± Z. Điều này tiếp tục thí nghiệm cuộc hành trình dài để xem xét quy trình VBS: sử dụng 8 dữ liệu TeV từ năm 2012, ATLAS đã thu được bằng chứng đầu tiên cho quá trình W ± W ± → W ± W ± với 18 sự kiện ứng cử viên. Một sản lượng như vậy sẽ xảy ra với xác suất nhỏ hơn 1: 3000 dưới dạng biến động thống kê thuần túy. Bây giờ, tại một năng lượng trung tâm khối lượng lớn hơn 13 TeV, ATLAS đã xác định được 60 W ± W ± → W ± W ± sự kiện, mà chỉ xảy ra ít hơn một lần trong 200 tỷ trường hợp như là một biến động từ các quá trình nền thuần túy. Điều này tương ứng với ý nghĩa thống kê của 6.9 độ lệch chuẩn (σ) trên nền. Bên cạnh các sản phẩm phân rã của các boson W hoặc Z phân tán, chữ ký của quá trình này là hai hạt phản lực năng lượng cao có nguồn gốc từ hai quark ban đầu được phát ra từ W hoặc Z.

ATLAS cũng đã kết hợp dữ liệu năm 2015 và 2016 để thiết lập sự tán xạ của W ± Z → W ± Z với ý nghĩa thống kê là 5, 6 σ trên nền. Trong kênh này, dữ liệu năng lượng thấp hơn năm 2012 đã cho thấy tầm quan trọng chỉ 1, 9σ, không đủ để yêu cầu bất kỳ bằng chứng nào cho quy trình. Lần này, nhờ vào kỹ thuật phân tích "BDT" đa biến được thực hiện trong năm 2016, ATLAS đã có thể tách biệt 44 sự kiện ứng cử viên tín hiệu, trong đó khoảng một nửa cho thấy giá trị "Điểm BDT" trên 0, 4, chỉ có ít nền.

Đối với quá trình tán xạ của boson vector, ba mô hình chuẩn "đỉnh" đóng góp: tương tác thông qua "khớp nối ba boson" nổi tiếng được giảm đáng kể bởi sự đóng góp của "khớp nối boson-quartic" và "boson- Higgs-khớp nối ". Chỉ cái sau mới đảm bảo rằng tốc độ tán xạ này cho các năng lượng trung tâm lớn của khối lượng tuân theo luật "phi chính thống" cơ bản, rằng xác suất không thể lớn hơn 100%. Với việc phát hiện ra VBS, một chương mới của các thử nghiệm Mô hình Chuẩn đã bắt đầu, cho phép ATLAS xem xét kỹ lưỡng các khớp nối tứ quartic-boson không thể tiếp cận và các tính chất của boson Higgs.

menu
menu