En tant que porteurs de la force faible, les bosons W et Z sont au cœur du modèle standard de physique des particules. Bien que découvertes il y a quatre décennies, les bosons W et Z continuent de fournir aux physiciens de nouvelles voies d'exploration.
Dans une nouvelle étude disponible sur le arxiv Preprint Server, la collaboration Atlas a analysé son ensemble complet de données à partir de la deuxième série du grand collisionneur de hadron (enregistré de 2015 à 2018) à la recherche d'un processus rare dans lequel un boson Z est produit aux côtés de deux autres transporteurs de force faible, ou vector (V) Bosons, comme les W et Z sont connus.
« La production de trois bosons vectoriels est un processus très rare au LHC, » dit Fabio Cerutti, coordinateur de la physique de l'Atlas. « Sa mesure fournit des informations sur les interactions entre plusieurs bosons, qui sont liées à des symétries sous-jacentes du modèle standard. Il s'agit d'un outil puissant pour découvrir de nouveaux phénomènes de physique, tels que de nouvelles particules non découvertes qui sont trop lourdes pour être produites directement au LHC. »
L'équipe Atlas a observé « Vvz » Production avec une signification statistique de 6,4 écarts-types, dépassant les cinq seuils d'écart type nécessaire pour réclamer l'observation. Ce processus n'a que 1 chance sur 100 000 000 et est difficile à isoler de ceux qui imitent ses signatures. L'observation étend les résultats antérieurs des collaborations Atlas et CMS, y compris l'observation de la production de VVV par CMS et l'observation de la production www par Atlas.
En tant que certaines des particules connues les plus lourdes, les bosons W et Z peuvent se décomposer d'une myriade de différentes manières. Dans la nouvelle étude de l'atlas, les physiciens se sont concentrés sur sept « canaux de désintégration » avec le potentiel de découverte le plus élevé. Ces canaux ont été affinés en outre en utilisant une technique d'apprentissage automatique appelée arbres de décision boostés, avec des algorithmes formés pour chaque canal afin d'identifier le signal recherché. L'observation réussie présente le travail méticuleux de l'équipe d'analyse, en particulier compte tenu de la complexité des combinaisons de désintégration.
En combinant les canaux de désintégration, les chercheurs de l'ATLAS ont pu observer la production de VVZ et fixer des limites aux contributions des phénomènes de la nouvelle physique au signal. Les limites résultantes confirment la validité du modèle standard et sont conformes aux résultats précédents sur la production de trois bosons vectoriels.
Alors que les chercheurs analysent des ensembles de données plus importants à partir de la troisième manche du LHC et du prochain HL-LHC, ils affineront davantage leurs mesures de la production de trois bosons vectoriels – en profondeur de notre compréhension de ces particules fondamentales et de leur rôle dans l'univers.
