Ученые из коллаборации ATLAS, работающей на Большом адронном коллайдере (БАК), недавно поделились результатами своего исследования, проведенного за период с 2015 по 2018 год. В этом исследовании они впервые зафиксировали удивительный процесс: рождение Z-бозона вместе с двумя другими бозонами — W или Z. Это событие, хоть и звучит технически, имеет свои глубокие корни в физике элементарных частиц.
Разберемся, почему это важно. W- и Z-бозоны — это переносчики слабого взаимодействия, одного из четырех фундаментальных взаимодействий в природе. W-бозоны, например, играют ключевую роль в ядерных реакциях, таких как бета-распад, где одна частица превращается в другую. Z-бозоны же участвуют в процессах, называемых слабыми нейтральными токами — здесь частицы взаимодействуют, но не меняют свой заряд. Их открытие в 1983 году подтвердило Стандартную модель, и именно за это первооткрыватели получили Нобелевскую премию.
«Рождение сразу трех векторных бозонов — это невероятно редкое событие», — подчеркнул координатор физической программы ATLAS Фабио Черутти. И правда, вероятность такого процесса, как отметили ученые, составляет лишь 1 к 100 миллиардам. Это делает открытие особенно ценным для понимания взаимодействий между бозонами, которые так тесно связаны с фундаментальными симметриями Стандартной модели.
Несмотря на то, что ATLAS смогла выделить этот сигнал с высокой статистической значимостью, работа не была простой. Сигнал маскировался под другими процессами с похожими характеристиками. Ранее коллаборации ATLAS и CMS уже фиксировали рождение нескольких бозонов, таких как три W-бозона (WWW) и три векторных бозона (VVV), но вот VVZ-процесс стал абсолютной новинкой в их исследованиях.
Поскольку W- и Z-бозоны — одни из самых тяжелых известных частиц, их распад может происходить множеством различных способов. В новом исследовании команда ATLAS изучила семь наиболее перспективных сценариев распада. Для этого они применили технологии машинного обучения, а именно, метод усиленных решающих деревьев. Алгоритмы были обучены обрабатывать каждый из возможных каналов распада. Это позволило не только выделить сигнал VVZ-рождения, но и оценить, как новые физические эффекты могут повлиять на это.
Полученные данные подтвердили предсказания Стандартной модели и перекликались с результатами ранее проведенных исследований. Впереди у физиков новые планы: уточнить параметры рождения трех векторных бозонов. Это шаг навстречу более глубокому пониманию природы элементарных частиц и их роли в космосе. Каждое новое открытие, таким образом, помогает нам чуть лучше понять законы Вселенной и то, как устроена наша реальность.
