Колаборація ATLAS у ЦЕРНі оголосила про перше спостереження «створення WWW»: одночасне народження трьох масивних W-бозонів у сутичках на Великому адронному колайдері (БАК).
Як частинка-носій електрослабої сили W-бозон відіграє вирішальну роль у Стандартній моделі фізики елементарних частинок. Хоча W-бозон був виявлений майже чотири десятиліття тому, він продовжує відкривати перед фізиками нові можливості для досліджень. Зокрема, його дослідження дозволило вченим перевірити Стандартну модель шляхом точних вимірювань рідкісних процесів.
Тепер колаборація ATLAS оголосила про перше спостереження рідкісного процесу: одночасного утворення трьох W-бозонів. Дослідники ATLAS проаналізували повний набір даних БАК Run-2, записаний детектором у період з 2015 по 2018 рік, щоб спостерігати процес зі статистичною значимістю 8,2 стандартного відхилення - значно вище порога 5 стандартних відхилень, необхідного для затвердження спостереження. Цей результат слідує за більш раннім наглядом колаборації CMS інклюзивного народження трьох бозонів.
Досягнення такого рівня точності було нелегкою справою. Фізики проаналізували близько 20 мільярдів подій зіткнень, зареєстрованих і попередньо відфільтрованих за допомогою експерименту ATLAS, і відшукали всього кілька сотень подій, очікуваних від процесу WWW.
Ці події були приховані майже в п'ять разів великою кількістю фонових подій, що імітують сигнатуру сигналу.
Як одна з найважчих відомих елементарних частинок, W-бозон може розпадатися кількома способами. Фізики ATLAS зосередили свої пошуки на чотирьох режимах розпаду WWW з найбільшим потенціалом відкриття через меншу кількість фонових подій. У трьох з цих режимів два W-бозони розпадаються на заряджені лептони (електрони або мюони), що несуть однаковий позитивний або негативний заряд, і нейтрино, а третій W-бозон розпадається на пару легких кварків (званих «2l-каналами»). У четвертій моді розпаду всі три W-бозони розпадаються на заряджений лептон і нейтрино (так званий «канал 3l»).
Щоб виділити WWW-сигнал з великої кількості фонових подій, дослідники використовували метод машинного навчання, званий Boosted Decision Trees (BDT).
BDT можна навчити визначати конкретні сигнали в детекторі ATLAS, виявляючи невеликі, але ключові відмінності між добре відомими змінними. Для цього аналізу фізики навчили два BDT: один для каналів 2l з використанням 12 добре змодельованих змінних, а інший - для каналу 3l з 11 змінними.
Цей захоплюючий вимір дозволяє фізикам шукати натяки на нові взаємодії, які можуть існувати за межами нинішньої енергетичної досяжності БАК.
Зокрема, фізики можуть використовувати процес створення WWW для вивчення взаємодії калібрувальних бозонів четвертого ступеня, ключового параметра Стандартної моделі. Нові частинки можуть змінювати взаємодію бозонів четвертого ступеня за рахунок квантових ефектів, змінюючи переріз народження WWW. Безперервне вивчення WWW та інших електрослабих процесів відкриває привабливий шлях вперед.
Дослідження було представлено на конференції EPS-HEP 2021.