Эксперименты на Большом адронном коллайдере (БАК) ежедневно генерируют миллиарды столкновений, но некоторые события — настоящие жемчужины редкости. В недавнем достижении коллаборации CMS учёные впервые наблюдали производство топ-кварка вместе с W- и Z-бозонами — процесс tWZ, который случается лишь раз в триллион протонных столкновений. Это как найти иголку в стоге сена размером с олимпийский стадион!

Этот процесс открывает двери к глубокому пониманию фундаментальных сил природы. Топ-кварк — самая тяжёлая из известных элементарных частиц — взаимодействует с электрослабым взаимодействием, переносимым W- и Z-бозонами. Изучая tWZ, физики могут лучше разобраться в механизме Хиггса, поскольку топ-кварк сильнее всех связан с полем Хиггса. Более того, это может выявить подсказки о физике за пределами Стандартной модели.

Однако наблюдать tWZ — настоящий вызов. Процесс очень похож на ttZ-производство, где Z-бозон создаёт пару топ-кварк и анти-топ-кварк, происходящее в семь раз чаще. Это создаёт огромный фоновый шум, который учёные преодолевают с помощью передовых методов, включая машинное обучение.

"Из-за редкости и сходства с ttZ наблюдение tWZ требует современных алгоритмов машинного обучения", — объясняет Альберто Бельведер из DESY, участник CMS. Их алгоритм успешно отделил сигнал от шума, и результаты опубликованы на arXiv.

Коллаборация CMS зафиксировала скорость генерации tWZ чуть выше теоретических предсказаний. Будущие данные помогут выяснить, статистическая ли это флуктуация или намёк на новые взаимодействия.

"Если задействованы неизвестные частицы, отклонение будет расти с энергией частиц — уникальный эффект для tWZ", — добавляет Роман Коглер из CMS в DESY.

Это первое наблюдение столь редкого явления напоминает о мощи БАК в раскрытии тайн Вселенной.

⚛ Бозон Хиггса — это краеугольный камень Стандартной модели физики, теория, которая описывает фундаментальные строительные блоки Вселенной и силы, действующие между ними (кроме гравитации).

🔬 Что такое бозон Хиггса?
Это квант части так называемого поля Хиггса, которое пронизывает всё пространство. Согласно теории, частицы приобретают массу именно благодаря взаимодействию с этим полем. Без бозона Хиггса элементарные частицы были бы безмассовыми, а значит, не было бы атомов, звёзд, планет и самой жизни.

🚀 Почему это так важно?
До 2012 года существование поля Хиггса и самого бозона было только гипотезой. Открытие частицы стало последним недостающим звеном Стандартной модели, подтвердив, что наше понимание микромира корректно… хотя и не полное. Это открыло путь к поиску новой физики за пределами Стандартной модели — например, тёмной материи, теории струн(привет, ТБВ) или объяснению, почему гравитация столь слаба по сравнению с другими силами.

🏗 Как это нашли?
Чтобы «поймать» бозон Хиггса, физики в ЦЕРНе построили Большой адронный коллайдер (БАК) — самый мощный ускоритель частиц в мире. Он разгоняет протоны до околосветовой скорости и сталкивает их лоб в лоб. В миллиардах столкновений, в короткие доли секунды, рождаются экзотические частицы, включая бозон Хиггса.

❓ Интересно узнать об этом поподробнее?)

=====================================
👇👇Наш канал на других площадках👇👇
YouTube | VkVideo | Telegram | Pikabu
=====================================

Столкновения тяжелых ионов на Большом адронном коллайдере ( БАК ) создают кварк-глюонную плазму, горячее и плотное состояние материи, которое, как полагают, заполнило Вселенную примерно через одну миллионную долю секунды после Большого взрыва. Столкновения тяжелых ионов также создают подходящие условия для образования атомных ядер и экзотических гиперядер, а также их антиматерийных аналогов, антиядер и антигиперядер. Измерения этих форм материи важны для различных целей, в том числе для понимания образования адронов из составляющих плазму кварков и глюонов и асимметрии материя-антиматерия, наблюдаемой в современной Вселенной.

Гиперядра — это экзотические ядра, образованные смесью протонов, нейтронов и гиперонов, причем последние являются нестабильными частицами, содержащими один или несколько кварков странного типа. Более 70 лет с момента их открытия в космических лучах , гиперядра остаются источником интереса для физиков, поскольку они редко встречаются в природе, и их сложно создавать и изучать в лабораторных условиях.

В столкновениях тяжелых ионов гиперядра создаются в значительных количествах, но до недавнего времени наблюдались только самое легкое гиперядро, гипертритон , и его партнер по антиматерии, антигипертритон . Гипертритон состоит из протона, нейтрона и лямбды (гиперон, содержащий один странный кварк). Антигипертритон состоит из антипротона, антинейтрона и антилямбды.

Вслед за наблюдением антигипергидрогена-4 (связанного состояния антипротона, двух антинейтронов и антилямбды), о котором ранее в этом году сообщила коллаборация STAR на релятивистском коллайдере тяжелых ионов ( RHIC ), коллаборация ALICE на LHC теперь увидела первое в истории доказательство антигипергелия-4, который состоит из двух антипротонов, антинейтрона и антилямбды. Результат имеет значимость 3,5 стандартных отклонения и также представляет собой первое доказательство самого тяжелого гиперядра антиматерии на LHC.

Измерение ALICE основано на данных о столкновениях свинца со свинцом, полученных в 2018 году при энергии 5,02 ТэВ (тераэлектронвольт) для каждой сталкивающейся пары нуклонов (протонов и нейтронов). Используя метод машинного обучения, который превосходит обычные методы поиска гиперядер, исследователи ALICE изучили данные на предмет сигналов гиперводорода-4, гипергелия-4 и их партнеров по антиматерии. Кандидаты на (анти)гиперводород-4 были идентифицированы путем поиска ядра (анти)гелия-4 и заряженного пиона, на который он распадается, тогда как кандидаты на (анти)гипергелий-4 были идентифицированы путем его распада на ядро (анти)гелия-3, (анти)протон и заряженный пион.

Помимо обнаружения доказательств наличия антигипергелия-4 со значимостью 3,5 стандартных отклонений, а также доказательств наличия антигиперводорода-4 со значимостью 4,5 стандартных отклонений, команда ALICE измерила выходы продукции и массы обоих гиперядер.

Для обоих гиперядер измеренные массы совместимы с текущими средними мировыми значениями. Измеренные выходы производства сравнивались с предсказаниями статистической модели адронизации, которая дает хорошее описание образования адронов и ядер в столкновениях тяжелых ионов. Это сравнение показывает, что предсказания модели близко согласуются с данными, если в предсказания включены как возбужденные гиперядерные состояния, так и основные состояния. Результаты подтверждают, что статистическая модель адронизации также может дать хорошее описание производства гиперядер, которые являются компактными объектами с размерами около 2 фемтометров (1 фемтометр равен 10 -15 метрам).

Исследователи также определили отношения выхода античастиц к частицам для обоих гиперядер и обнаружили, что они согласуются с единицей в пределах экспериментальных неопределенностей. Это согласие согласуется с наблюдением ALICE о равном производстве материи и антиматерии при энергиях LHC и дополняет текущие исследования дисбаланса материи и антиматерии во Вселенной.

Возможно связанные ссылки: arxiv.org/abs/1103.3312 - 16.03.2011