Впервые зафиксировано рождение одиночного t-кварка в паре с W- и Z-бозонами

Новости МирТесен

На Большом адронном коллайдере (БАК) в ЦЕРНе ученые зарегистрировали редкое событие, возникающее лишь в одном случае из триллиона столкновений протонов: было отмечено образование одиночного t-кварка в сочетании с W- и Z-бозонами.

Этот выдающийся результат, достигнутый благодаря совместной работе эксперимента CMS (Compact Muon Solenoid), стал первым зарегистрированным случаем рождения одиночного t-кварка в сочетании с W- и Z-бозонами — явлением, которое называют tWZ-рождением.

Ученые утверждают, что выявление подобного события в данных, полученных с Большого адронного коллайдера, представляет собой крайне редкое и трудную задачу, сопоставимую с поиском одного конкретного предмета среди огромного количества других, где этот «стог сена» по размеру равен олимпийскому стадиону.

Данное происшествие открыло для исследователей новые возможности для изучения сил, определяющих структуру Вселенной, и для проверки пределов Стандартной модели физики элементарных частиц, являющейся описанием всех известных фундаментальных частиц и их взаимодействий.

Событие с участием одиночного t-кварка

В Большом адронном коллайдере (БАК) протоны движутся со скоростью, близкой к световой, и сталкиваются друг с другом. В результате этих столкновений выделяется огромное количество энергии, что дает ученым-физикам возможность изучать элементарные составляющие мироздания.

В условиях огромного количества взаимодействий, детектор CMS, созданный для фиксации разнообразных частиц и явлений, возникающих при столкновениях на высоких энергиях в Большом адронном коллайдере, выявил характерный признак рождения tWZ. Этот процесс подразумевает формирование t-кварка, W-бозона и Z-бозона.

Такое явление встречается крайне редко: один раз на триллион протон-протонных столкновений. Однако, его обнаружение даёт исключительный шанс исследовать взаимодействие t-кварка с электрослабой силой, посредниками в которой выступают W- и Z-бозоны.

Будучи самой массивной из известных элементарных частиц, t-кварк демонстрирует наиболее интенсивное взаимодействие с полем Хиггса. Исследование процесса tWZ, следовательно, способно предоставить более детальное представление о механизме Хиггса и раскрыть потенциальные отклонения от предсказаний Стандартной модели, а также указать на новые физические явления.

Проверка фундаментальных сил

В процессе анализа возникла значительная сложность: сигнал tWZ демонстрирует сходство с более распространенным процессом образования ttZ. Этот процесс характеризуется рождением t-кварка и анти-t-кварка, а также Z-бозона.

Благодаря тому, что этот фоновый процесс возникает приблизительно в семь раз чаще, обнаружить гораздо более редкий сигнал становится сложной задачей. Для решения этой проблемы исследователи применили современные алгоритмы машинного обучения, которые позволили отделить слабый сигнал tWZ от преобладающего шума в больших объемах данных.

В итоге, проведенные работы продемонстрировали, что скорость образования tWZ оказалась несколько выше, чем прогнозируют современные теории. Дальнейшие исследования и анализ позволят установить, связано ли это с обычной статистической погрешностью. Специалисты предполагают, что это также может быть первым признаком существования явлений, выходящих за рамки известных физических принципов.

«При наличии неидентифицированных взаимодействий или частиц, расхождение между измеренной [скоростью tWZ-рождения] и теоретическим предсказанием будет стремительно возрастать по мере увеличения энергий образующихся частиц — это характерная особенность tWZ-процесса », — говорится в пресс-релизе доктора философии Романа Коглера, физика-экспериментатора из коллаборации CMS, работающего в DESY.