La collaborazione ATLAS al CERN ha annunciato la prima osservazione della "creazione del WWW": la produzione simultanea di tre bosoni W massicci in collisioni al Large Hadron Collider (LHC).
Come particella portatrice di forza elettrodebole, il bosone W gioca un ruolo decisivo nel Modello Standard della fisica delle particelle. Sebbene il bosone W sia stato scoperto quasi quattro decenni fa, continua ad aprire nuove strade di ricerca per i fisici. In particolare, la sua ricerca ha permesso agli scienziati di testare il Modello Standard misurando accuratamente i processi rari.
Ora la collaborazione ATLAS ha annunciato la prima osservazione di un processo raro: la produzione simultanea di tre bosoni W. I ricercatori di ATLAS hanno analizzato l'intero set di dati LHC Run-2 registrato dal rilevatore tra il 2015 e il 2018 per osservare un processo con una significatività statistica di 8,2 deviazioni standard, ben al di sopra della soglia di 5 deviazioni standard richiesta per convalidare l'osservazione. Questo risultato segue una precedente osservazione della collaborazione CMS sulla produzione inclusiva di tre bosoni.
Raggiungere questo livello di precisione non è stata un'impresa facile. I fisici hanno analizzato circa 20 miliardi di eventi di collisione registrati e prefiltrati utilizzando l'esperimento ATLAS e hanno trovato solo poche centinaia di eventi attesi dal processo WWW.
Questi eventi sono stati oscurati da quasi cinque volte più eventi di fondo che imitano la firma del segnale.
Essendo una delle particelle elementari più pesanti conosciute, il bosone W può decadere in diversi modi. I fisici di ATLAS hanno concentrato le loro ricerche sui quattro modi di decadimento del WWW con il maggior potenziale di scoperta a causa del minor numero di eventi di fondo. In tre di questi regimi, due bosoni W decadono in leptoni carichi (elettroni o muoni) che portano la stessa carica positiva o negativa e neutrini, mentre il terzo bosone W decade in una coppia di quark leggeri (chiamati "2l canali"). ... Nella quarta modalità di decadimento, tutti e tre i bosoni W decadono in un leptone carico e in un neutrino (il cosiddetto "canale 3l").
Per isolare il segnale WWW da un gran numero di eventi in background, i ricercatori hanno utilizzato una tecnica di apprendimento automatico chiamata Boosted Decision Trees (BDT).
Il BDT può essere addestrato per identificare segnali specifici nel rivelatore ATLAS identificando piccole ma fondamentali differenze tra variabili ben note. Per questa analisi, i fisici hanno addestrato due BDT: uno per i canali 2l utilizzando 12 variabili ben modellate e l'altro per il canale 3l con 11 variabili.
Questa dimensione emozionante consente ai fisici di cercare indizi di nuove interazioni che potrebbero esistere al di fuori dell'attuale portata energetica di LHC.
In particolare, i fisici possono utilizzare il processo di creazione del WWW per studiare le interazioni dei bosoni di gauge di quarto grado, un parametro chiave del Modello Standard. Nuove particelle possono modificare l'interazione dei bosoni di quarto grado a causa di effetti quantistici, modificando la sezione d'urto della produzione WWW. L'esplorazione continua del WWW e di altri processi elettrodeboli apre un percorso allettante in avanti.
Lo studio è stato presentato alla conferenza EPS-HEP 2021.
2021-07-28 14:29:54
Autore: Vitalii Babkin