ATLAS сообщает о наблюдении за одновременным рождением трех W-бозонов

Коллаборация ATLAS в ЦЕРНе объявила о первом наблюдении «создания WWW»: одновременное рождение трех массивных W-бозонов в столкновениях на Большом адронном коллайдере (БАК).

Как частица-носитель электрослабой силы W-бозон играет решающую роль в Стандартной модели физики элементарных частиц. Хотя W-бозон был обнаружен почти четыре десятилетия назад, он продолжает открывать перед физиками новые возможности для исследований. В частности, его исследование позволило ученым проверить Стандартную модель путем точных измерений редких процессов.

Теперь коллаборация ATLAS объявила о первом наблюдении редкого процесса: одновременного образования трех W-бозонов. Исследователи ATLAS проанализировали полный набор данных БАК Run-2, записанный детектором в период с 2015 по 2018 год, чтобы наблюдать процесс со статистической значимостью 8,2 стандартного отклонения — значительно выше порога 5 стандартных отклонений, необходимого для утверждения наблюдения. Этот результат следует за более ранним наблюдением коллаборации CMS инклюзивного рождения трех бозонов.

Достижение такого уровня точности было нелегким делом. Физики проанализировали около 20 миллиардов событий столкновений, зарегистрированных и предварительно отфильтрованных с помощью эксперимента ATLAS, и отыскали всего несколько сотен событий, ожидаемых от процесса WWW.

Эти события были скрыты почти в пять раз большим количеством фоновых событий, имитирующих сигнатуру сигнала.

Как одна из самых тяжелых известных элементарных частиц, W-бозон может распадаться несколькими способами. Физики ATLAS сосредоточили свои поиски на четырех режимах распада WWW с наибольшим потенциалом открытия из-за меньшего количества фоновых событий. В трех из этих режимов два W-бозона распадаются на заряженные лептоны (электроны или мюоны), несущие одинаковый положительный или отрицательный заряд, и нейтрино, а третий W-бозон распадается на пару легких кварков (называемых «2l-каналами»). . В четвертой моде распада все три W-бозона распадаются на заряженный лептон и нейтрино (так называемый «канал 3l»).

Чтобы выделить WWW-сигнал из большого количества фоновых событий, исследователи использовали метод машинного обучения, называемый Boosted Decision Trees (BDT).

BDT можно обучить определять конкретные сигналы в детекторе ATLAS, выявляя небольшие, но ключевые различия между хорошо известными переменными. Для этого анализа физики обучили два BDT: один для каналов 2l с использованием 12 хорошо смоделированных переменных, а другой — для канала 3l с 11 переменными.

Это захватывающее измерение позволяет физикам искать намёки на новые взаимодействия, которые могут существовать за пределами нынешней энергетической досягаемости БАК.

В частности, физики могут использовать процесс создания WWW для изучения взаимодействия калибровочных бозонов четвертой степени, ключевого параметра Стандартной модели. Новые частицы могут изменять взаимодействие бозонов четвертой степени за счет квантовых эффектов, изменяя сечение рождения WWW. Непрерывное изучение WWW и других электрослабых процессов открывает заманчивый путь вперед.