A ATLAS Collaboration no CERN anunciou a primeira observação da "criação da WWW": a produção simultânea de três bósons W massivos em colisões no Large Hadron Collider (LHC).
Como uma partícula portadora de força eletrofraca, o bóson W desempenha um papel decisivo no modelo padrão da física de partículas. Embora o bóson W tenha sido descoberto há quase quatro décadas, ele continua a abrir novos caminhos de pesquisa para os físicos. Em particular, sua pesquisa permitiu que os cientistas testassem o Modelo Padrão medindo com precisão processos raros.
Agora, a colaboração do ATLAS anunciava a primeira observação de um processo raro: a produção simultânea de três bósons W. Os pesquisadores do ATLAS analisaram o conjunto de dados LHC Run-2 completo registrado pelo detector entre 2015 e 2018 para observar um processo com significância estatística de 8,2 desvios padrão - bem acima do limite de 5 desvios padrão necessário para validar a observação. Este resultado segue uma observação anterior pela colaboração CMS de produção inclusiva de três bósons.
Atingir esse nível de precisão não foi tarefa fácil. Os físicos analisaram cerca de 20 bilhões de eventos de colisão registrados e pré-filtrados usando o experimento ATLAS e encontraram apenas algumas centenas de eventos esperados do processo WWW.
Esses eventos foram obscurecidos por quase cinco vezes mais eventos de fundo que imitam a assinatura do sinal.
Como uma das partículas elementares mais pesadas conhecidas, o bóson W pode decair de várias maneiras. Os físicos do ATLAS concentraram suas pesquisas nos quatro modos de decaimento WWW com o maior potencial de descoberta devido a menos eventos de fundo. Em três desses regimes, dois bósons W decaem em léptons carregados (elétrons ou múons) carregando a mesma carga positiva ou negativa e neutrinos, enquanto o terceiro bóson W decai em um par de quarks leves (chamados "canais 2l"). ... No quarto modo de decaimento, todos os três bósons W decaem em um leptão carregado e um neutrino (o chamado "canal 31").
Para isolar o sinal WWW de um grande número de eventos de segundo plano, os pesquisadores usaram uma técnica de aprendizado de máquina chamada Boosted Decision Trees (BDT).
O BDT pode ser treinado para identificar sinais específicos no detector ATLAS, identificando diferenças pequenas, mas importantes, entre variáveis conhecidas. Para esta análise, os físicos treinaram dois BDTs: um para os canais 2l usando 12 variáveis bem modeladas e outro para o canal 3l com 11 variáveis.
Esta dimensão excitante permite que os físicos procurem por indícios de novas interações que podem existir fora do alcance energético atual do LHC.
Em particular, os físicos podem usar o processo de criação WWW para estudar as interações dos bósons calibre de quarto grau, um parâmetro-chave do Modelo Padrão. Novas partículas podem alterar a interação de bósons de quarto grau devido a efeitos quânticos, alterando a seção transversal da produção WWW. A exploração contínua da WWW e de outros processos eletrofracos abre um caminho tentador para o futuro.
O estudo foi apresentado na conferência EPS-HEP 2021.
2021-07-28 14:29:54
Autor: Vitalii Babkin