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2019-08-07 14:11:37

在電弱對稱性破壞的研究中達到了新的里程碑

在粒子物理學的標準模型中,基本粒子通過與希格斯場相互作用來獲得它們的質量。這個過程受一個微妙的機制控制:電弱對稱破壞(EWSB)。雖然EWSB最初是在1964年提出的,但它仍然是標準模型中最不了解的現象之一,因為需要一個大型粒子碰撞的大型數據集來探測它。

在2012年發現希格斯玻色子之后,在高能量邊界的EWSB的調查開始在歐洲核子研究中心的大型強子對撞機(LHC)認真進行。除了精確測量希格斯玻色子的性質之外,特別是它的自耦合 - 探測EWSB的關鍵途徑是研究W和Z玻色子彼此分散時的高能行為。該過程由電弱相互作用控制,稱為大質量矢量玻色子散射。

矢量玻色子散射是幾種電弱過程中的一種,它們有助于產生一對W或Z玻色子,與兩個強子粒子(每個來自夸克)的“噴射”相關聯,這兩個“噴射”優先在方向上彼此相反地產生沿著質子束。沒有希格斯玻色子,這個過程的速度會隨著碰撞能量無限增長。根據標準模型,EWSB機制應該準確地抵消這種不受控制的增長。然而,潛在的新物理過程可能會影響高能量過程的速率,使其精確測量成為LHC實驗的重要目標。

ATLAS物理學家搜索LHC碰撞,用于與兩對大質量矢量玻色子(W ± W ±,W ± Z或ZZ)相關聯的兩個噴射器的電弱生產。這些分析非常具有挑戰性,因為在存在大的,不可減少的強相互作用背景的情況下信號的稀缺性。為了提高信號檢測靈敏度,ATLAS物理學家搜索了矢量玻色子衰變為輕子的事件,他們應用多變量技術來利用信號和背景事件之間的微妙差異。

使用36 fb -1的13 TeV質子 - 質子碰撞數據,ATLAS成功地觀察到2018年與W ± W ±和W ± Z 相關的兩個噴流的電弱產生。這些結果得益于大型強子對撞機提供的大量數據,精心優化的搜索方法,以及ATLAS探測器的出色校準,以確保精確測量輕子和噴流。在這些測量中沒有看到與標準模型預測的顯著偏差。

然后,物理學家開始觀察與ZZ相關的兩架噴氣式飛機的電力生產 - 這三個過程中最罕見的。CMS合作使用36 fb -1的數據搜索此過程,但尚未找到明確的證據。

在比利時根特舉行的歐洲物理學會高能物理學會議(EPS-HEP)上,ATLAS使用完整的Run 2數據集(139 fb -1)對該過程進行了新的搜索。結果結合了兩個不同的通道,這些通道源自Z-玻色子對的衰變:四個帶電子輕子和兩個帶電輕子加上兩個中微子。訓練決策樹(BDT)形式的多變量判別式被訓練以增強信號和背景之間的分離。檢測兩個通道中觀察到的BDT分布以及統計方法以確定信號豐度。

新的ATLAS結果提供了與ZZ相關的兩個噴射器的電弱產生的觀察結果,具有5.5個標準偏差的統計顯著性。它符合4.3標準偏差的標準模型預期。

對這一過程的觀察標志著EWSB研究的另一個里程碑。EWSB的進一步審查將繼續在其他渠道以及LHC的未來數據集中進行。

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