La collaboration ATLAS au CERN a annoncé la première observation de la « création du WWW » : la production simultanée de trois bosons W massifs lors de collisions au Large Hadron Collider (LHC).
En tant que particule porteuse de force électrofaible, le boson W joue un rôle décisif dans le modèle standard de la physique des particules. Bien que le boson W ait été découvert il y a près de quatre décennies, il continue d'ouvrir de nouvelles voies de recherche pour les physiciens. En particulier, ses recherches ont permis aux scientifiques de tester le modèle standard en mesurant avec précision des processus rares.
Maintenant, la collaboration ATLAS a annoncé la première observation d'un processus rare : la production simultanée de trois bosons W. Les chercheurs d'ATLAS ont analysé l'ensemble de données complet du LHC Run-2 enregistré par le détecteur entre 2015 et 2018 pour observer un processus avec une signification statistique de 8,2 écarts types - bien au-dessus du seuil de 5 écarts types requis pour valider l'observation. Ce résultat fait suite à une observation antérieure par la collaboration CMS de la production inclusive de trois bosons.
Atteindre ce niveau de précision n'a pas été une mince affaire. Les physiciens ont analysé environ 20 milliards d'événements de collision enregistrés et pré-filtrés à l'aide de l'expérience ATLAS, et n'ont trouvé que quelques centaines d'événements attendus du processus WWW.
Ces événements ont été masqués par près de cinq fois plus d'événements de fond qui imitent la signature du signal.
En tant que l'une des particules élémentaires les plus lourdes connues, le boson W peut se désintégrer de plusieurs manières. Les physiciens d'ATLAS ont concentré leurs recherches sur les quatre modes de désintégration WWW avec le plus grand potentiel de découverte en raison de moins d'événements de fond. Dans trois de ces régimes, deux bosons W se désintègrent en leptons chargés (électrons ou muons) portant la même charge positive ou négative et les mêmes neutrinos, tandis que le troisième boson W se désintègre en une paire de quarks légers (appelés « canaux 2l »). ... Dans le quatrième mode de désintégration, les trois bosons W se désintègrent en un lepton chargé et un neutrino (le "canal 3l").
Pour isoler le signal WWW d'un grand nombre d'événements de fond, les chercheurs ont utilisé une technique d'apprentissage automatique appelée Boosted Decision Trees (BDT).
Le BDT peut être entraîné à identifier des signaux spécifiques dans le détecteur ATLAS en identifiant des différences petites mais essentielles entre des variables bien connues. Pour cette analyse, les physiciens ont entraîné deux BDT : un pour les 2l canaux utilisant 12 variables bien modélisées, et l'autre pour le 3l canal avec 11 variables.
Cette dimension passionnante permet aux physiciens de rechercher des indices de nouvelles interactions qui pourraient exister en dehors de la portée énergétique actuelle du LHC.
En particulier, les physiciens peuvent utiliser le processus de création WWW pour étudier les interactions des bosons de jauge du quatrième degré, un paramètre clé du modèle standard. De nouvelles particules peuvent modifier l'interaction des bosons du quatrième degré en raison d'effets quantiques, modifiant la section efficace de la production WWW. L'exploration continue du WWW et d'autres processus électrofaibles ouvre une voie tentante vers l'avant.
L'étude a été présentée à la conférence EPS-HEP 2021.
2021-07-28 14:29:54
Auteur: Vitalii Babkin