CERN의 ATLAS 협업은 "WWW의 생성"에 대한 첫 번째 관찰을 발표했습니다. 즉, LHC(Large Hadron Collider)에서 충돌 시 3개의 거대한 W 보존이 동시에 생성됩니다.
전기약력의 운반 입자로서 W-보손은 입자 물리학의 표준 모델에서 결정적인 역할을 합니다. W 보손은 거의 40년 전에 발견되었지만 물리학자들에게 계속해서 새로운 연구 길을 열어주고 있습니다. 특히 그의 연구를 통해 과학자들은 희귀 프로세스를 정확하게 측정하여 표준 모델을 테스트할 수 있었습니다.
이제 ATLAS 협업은 3개의 W 보존을 동시에 생산하는 희귀한 공정의 첫 번째 관찰을 발표했습니다. ATLAS 연구원은 2015년과 2018년 사이에 탐지기에 의해 기록된 전체 LHC Run-2 데이터 세트를 분석하여 8.2 표준 편차의 통계적 유의성을 갖는 프로세스를 관찰했습니다. 이는 관찰을 검증하는 데 필요한 5 표준 편차 임계값을 훨씬 초과합니다. 이 결과는 포괄적인 3보존 생산에 대한 CMS 협력의 초기 관찰을 따른 것입니다.
이 수준의 정확도를 달성하는 것은 쉬운 일이 아니었습니다. 물리학자들은 ATLAS 실험을 사용하여 기록되고 사전 필터링된 약 200억 개의 충돌 이벤트를 분석했으며 WWW 프로세스에서 예상되는 이벤트는 수백 개에 불과했습니다.
이러한 이벤트는 신호 서명을 모방하는 거의 5배 더 많은 백그라운드 이벤트에 의해 가려졌습니다.
알려진 가장 무거운 기본 입자 중 하나인 W 보존은 여러 방식으로 붕괴할 수 있습니다. ATLAS 물리학자들은 적은 배경 사건으로 인해 발견 가능성이 가장 큰 4가지 WWW 붕괴 모드에 대한 검색에 집중했습니다. 이 중 세 가지 영역에서 두 개의 W 보존은 동일한 양전하 또는 음전하와 중성미자를 운반하는 하전된 렙톤(전자 또는 뮤온)으로 붕괴하고, 세 번째 W 보존은 한 쌍의 가벼운 쿼크로 붕괴합니다("2l 채널"). ... 네 번째 붕괴 모드에서는 세 개의 W-보존이 모두 전하를 띤 경입자와 중성미자로 붕괴됩니다(소위 "채널 3l").
많은 배경 이벤트에서 WWW 신호를 분리하기 위해 연구원들은 BDT(Boosted Decision Trees)라는 기계 학습 기술을 사용했습니다.
BDT는 잘 알려진 변수 간의 작지만 중요한 차이점을 식별하여 ATLAS 감지기의 특정 신호를 식별하도록 훈련할 수 있습니다. 이 분석을 위해 물리학자들은 2개의 BDT를 훈련했습니다. 하나는 12개의 잘 모델링된 변수를 사용하는 2l 채널용이고 다른 하나는 11개의 변수가 있는 3l 채널용입니다.
이 흥미로운 차원을 통해 물리학자들은 LHC의 현재 에너지 범위 밖에 존재할 수 있는 새로운 상호 작용의 힌트를 찾을 수 있습니다.
특히, 물리학자는 WWW 생성 프로세스를 사용하여 표준 모델의 핵심 매개변수인 4도 게이지 입자의 상호 작용을 연구할 수 있습니다. 새로운 입자는 양자 효과로 인해 4차 보존의 상호 작용을 변화시켜 WWW 생산의 단면을 변화시킬 수 있습니다. WWW 및 기타 전기적으로 약한 프로세스에 대한 지속적인 탐구는 앞으로 나아가는 길을 열어줍니다.
이 연구는 EPS-HEP 2021 컨퍼런스에서 발표되었습니다.
2021-07-28 14:29:54
작가: Vitalii Babkin