При фотонных столкновениях образуются носители слабой силы

Коллаборация ATLAS представила первое наблюдение столкновений фотонов, порождающих пары W-бозонов, элементарных частиц, несущих слабую силу

0 770

Во Международной конференции по физике высоких энергий (ICHEP 2020) коллаборация ATLAS представила первое наблюдение столкновений фотонов, порождающих пары W-бозонов, элементарных частиц, несущих слабую силу, одну из четырех фундаментальных сил.

Результат демонстрирует новый способ использования БАК, а именно в качестве коллайдера фотонов высоких энергий, непосредственно исследующего электрослабые взаимодействия. Это подтверждает одно из основных предсказаний электрослабой теории — что носители силы могут взаимодействовать между собой — и предоставляет новые способы ее исследования.

Согласно законам классической электродинамики, два пересекающихся световых луча не должны отклонять, поглощать или нарушать друг друга. Однако эффекты квантовой электродинамики (КЭД), теории, объясняющей, как взаимодействуют и материя, допускают взаимодействие между фотонами.

Действительно, это не первый случай, когда фотоны, взаимодействующие при высоких энергиях, изучаются на БАК. Например, «рассеяние» света, когда пара фотонов взаимодействует, производя другую пару фотонов, является одним из старейших предсказаний КЭД.

Первое прямое доказательство рассеяния света было сообщено ATLAS в 2017 году, в котором использовались сильные электромагнитные поля, окружающие ионы свинца. В 2019 и 2020 годах ATLAS дополнительно изучил этот процесс, измерив его свойства.

Новый результат, представленный на конференции, чувствителен к другому редкому явлению, в котором два фотона взаимодействуют с образованием двух W-бозонов с противоположным электрическим зарядом посредством (среди прочего) взаимодействия четырех носителей силы.

Квазиреальные протонных пучков рассеиваются друг от друга, образуя пару W-бозонов. О первом исследовании этого явления ранее сообщили ATLAS и CMS в 2016 году на основе данных, записанных во запуска 1 на БАК, но для его однозначного наблюдения потребовался больший набор данных.

Наблюдение было получено с очень значимым статистическим подтверждением 8,4 стандартных отклонений, что соответствует ничтожно малой вероятности того, что оно связано со статистическими колебаниями. Физики ATLAS использовали значительно больший набор данных, полученный во прогона 2, четырехлетнего сбора данных на БАК, который завершился в 2018 году, и разработали индивидуальный метод анализа.

Из-за характера процесса взаимодействия единственные треки частиц, видимые в центральном детекторе, — это продукты распада двух W-бозонов, электрона и мюона с противоположным электрическим зарядом.

Пары W-бозонов также могут быть непосредственно образованы из взаимодействий между кварками и глюонами в сталкивающихся протонах значительно чаще, чем из фотон-фотонных взаимодействий, но они сопровождаются дополнительными треками из процессов сильного взаимодействия. Это означает, что физикам ATLAS пришлось тщательно распутывать следы столкновений, чтобы наблюдать это редкое явление.

«Это наблюдение открывает новый аспект экспериментальных исследований на БАК с использованием фотонов в исходном состоянии», — сказал Карл Якобс, представитель коллаборации ATLAS.

Новый результат подтверждает одно из основных предсказаний электрослабой теории, а именно, что, помимо взаимодействия с обычными частицами материи, носители силы, также известные как калибровочные бозоны, — W-бозоны, Z-бозон и фотон — также взаимодействуют друг с другом.

Столкновения фотонов предоставят новый способ проверить Стандартную модель и исследовать новую физику, которая необходима для лучшего понимания Вселенной.


ATLAS Collaboration. 2020. Observation of photon-induced W+W- production in pp collisions at ps = 13 TeV using the ATLAS detector. CERN, report # ATLAS-CONF-2020-038

Войти с помощью: 
Подписаться
Уведомление о
guest
0 Комментарий
Встроенные отзывы
Посмотреть все комментарии
0
Будем рады вашим мыслям, пожалуйста, прокомментируйте.x
()
x