對撞機重磅發現:玻色子產生的證據!快來看看吧

2020-12-03 博科園
博科園：本文為粒子物理學類

歐洲核子研究中心的阿特拉斯實驗剛剛公布了在大型強子對撞機(LHC)質子-質子碰撞中同時產生三個W或Z玻色子的證據。W玻色子和Z玻色子是弱力中的介粒子，弱力是已知四種基本力之一，弱力導致了放射性現象，也是太陽熱核過程的基本之一。新的阿特拉斯實驗（ATLAS）結果是基於ATLAS在2015-2017年以13 TeV碰撞能量收集的數據。它提供了顯著性為4個標準差的「三玻色子」事件證據，這一跡象不過是幾十年來用弱玻色子進行測量的最新進展。W和Z玻色子是1983年在歐洲核子研究中心質子-反質子對撞機中發現的。

博科園-科學科普：1996年，在歐洲核子研究中心(CERN)的大型正負電子對撞機(LEP)上，首次觀察到帶有兩個W玻色子的事件，不久之後發現了ZZ事件。十年後，費米實驗室的Tevatron對撞機觀測到了WW、WZ和ZZ事件。大型強子對撞機現在產生了大量的玻色子事件，可以進行精確的測量，利用粒子物理標準模型對罕見三玻色子的產生過程進行了預測。產生包括弱玻色子之間的相互作用，即所謂的三重和四次規玻色子耦合，這種耦合對未知粒子或力的可能貢獻非常敏感。

數據與兩種射流不變質量分布的期望進行了比較，信號(VVV，黃色)被縮放到測量值。圖片：ATLAS Collaboration/CERN由於弱玻色子不穩定，它們通過衰變成成對的輕子(包括不可見的中微子)或夸克(夸克形成粒子噴霧，稱為「噴流」)，在探測器中被重建。阿特拉斯物理學家們結合了對不同衰變模式和不同類型三玻色子產生的搜索，包括帶有三個W玻色子的事件(「WWW」)，以及帶有一個W玻色子、一個Z玻色子和任意一種第三個玻色子的事件。後者稱為「WVZ」事件，其中「V」是「W或z」的縮寫。阿特拉斯物理學家用來搜索「WWW」事件的一種技術使用了計算出兩個噴流的不變質量，並將其與W玻色子的質量進行了比較，這使他們能夠確定噴流是否是W玻色子衰變的結果。

WWW和WVZ信道中的兩種測量值(與標準模型預測標準一致)組合，最終處於不同輕子數的狀態。圖片：ATLAS Collaboration/CERN這種技術已經被物理學家們使用了幾十年(包括2012年希格斯玻色子的發現)。另一方面，WVZ分析使用機器學習技術來識別三玻色子事件。採用改進決策樹(BDTs)的多變量算法，對數據中的哪些事件來自三玻色子產生，哪些事件來自其他標準模型過程進行了訓練。通過考慮事件的各種特徵（例如輕子的動量、總體動量失衡和噴流的數量）BDTs能夠推斷(比人類更有效)數據的來源。最終，BDTs確定了一些數據可能來自WVZ生產。總而言之，最終得到ATLAS測量結果與標準模型預測一致，從而為我們理解粒子物理學提供了又一塊拼圖。

博科園-科學科普｜研究/來自: ATLAS Experiment參考期刊文獻:《Nature Communications》博科園-傳遞宇宙科學之美

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