Die ATLAS-Kollaboration beobachtet die elektroschwache Produktion von zwei Jet und einem Z-Boson-Paar.

13. April 2023 Merkmal

Dieser Artikel wurde gemäß dem redaktionellen Prozess und den Richtlinien von Science X geprüft. Die Herausgeber haben beim Sicherstellen der Glaubwürdigkeit des Inhalts insbesondere folgende Eigenschaften hervorgehoben:

• faktengeprüft
• peer-reviewed-Publikation
• vertrauenswürdige Quelle
• korrekturgelesen

von Ingrid Fadelli, Phys.org

Die ATLAS-Kollaboration, ein großes Forschungskonsortium, das sich mit der Analyse von Daten beschäftigt, die durch den ATLAS-Teilchenbeschleuniger am CERN gesammelt wurden, hat kürzlich die elektroschwache Produktion von zwei Z-Bosonen und zwei Jets beobachtet. Diese wichtige Beobachtung, die in Nature Physics vorgestellt wurde, könnte stark zum Verständnis der Teilchenphysik des Standardmodells (SM) beitragen.

Das Standardmodell der Teilchenphysik ist eine etablierte Theorie, die die Bausteine und fundamentalen Kräfte im Universum beschreibt. Dieses Modell beschreibt schwache Bosonen (d.h. Bosonen, die für die sogenannte "schwache Kraft" verantwortlich sind) als Vermittler der elektroschwachen Wechselwirkung.

Die Streuung massiver schwacher Bosonen wie W- und Z-Bosonen ist auf Wechselwirkungen beschränkt, bei denen die Vermittler selbst die Ladung dieser Wechselwirkungen tragen. Diese Streuung, die auch als Vektorbosonstreung (VBS) bezeichnet wird, umfasst auch eine Art von Feynman-Diagrammen oder -Vertizes, die als quartische Eichvertizes bekannt sind und die Physiker bisher nicht durch andere physikalische Prozesse experimentell untersuchen konnten.

"Quartische Eichvertizes sind ein bisher unbestätigter Abschnitt des Standardmodells, der jedoch von zentraler Bedeutung für die Selbstkonsistenz des Modells ist", sagte Gabriela Navarro von der ATLAS-Kollaboration zu Phys.org. "Ein Beispiel für diese Selbstkonsistenz ist die empfindliche Aufhebung von Streuamplituden, die Dreifach-Eichvertizes, quartische Eichvertizes und Vertizes, die den Higgs-Boson beinhalten, involvieren. Eine Untersuchung dieser Prozesse ist ein unabhängiger und wichtiger Test für den BEH-Mechanismus zur Aufhebung der elektroschwachen Symmetrie im SM (EWSB)."

Ein entscheidendes Ziel des ATLAS-Experiments am CERN ist es von Anfang an gewesen, nach VBS-Prozessen zu suchen und sie zu messen. Run 1 des Large Hadron Collider Experiments (LHD) hat die ersten Hinweise auf das Auftreten dieser Prozesse bei zwei W-Bosonen mit gleicher Ladung geliefert. Anschließend wurde VBS auch bei Wechselwirkungen zwischen W- und Z-Bosonen beobachtet.

"Die Beobachtung eines solchen Prozesses im ZZ-Kanal ist aufgrund seines geringen Wirkungsquerschnitts sehr anspruchsvoll und erfordert eine gute Modellierung und Kontrolle der Hintergrundprozesse sowie eine gute Rekonstruktion und Kalibrierung der physikalischen Objekte durch den ATLAS-Detektor", erklärte Navarro.

"Unsere jüngste Arbeit vervollständigt die Beobachtung aller wichtigen Kanäle, die massive elektroschwache Eichbosonen involvieren und bestätigt die Konsistenz der experimentellen Ergebnisse mit dem vom SM vorhergesagten Mechanismus. Es markiert somit auch den Beginn einer neuen Ära in der Präzisionsuntersuchung solcher seltenen Prozesse im elektroschwachen Sektor."

Als Teil ihrer letzten Arbeit hat die ATLAS-Kollaboration speziell Proton-Proton-Kollisionen untersucht, die während Run 2 des LHC-Teilchenbeschleunigers aufgezeichnet wurden, der von 2015 bis 2018 dauerte. Die Endzustandspartikel in diesem Kollider interagieren dann mit dem ATLAS-Detektor und hinterlassen darin Treffer oder Energieablagerungen, die gemessen und aufgezeichnet werden können. Diese aufgezeichneten Energieablagerungen werden dann in physikalische Objekte wie Elektronen, Muonen, Jets usw. rekonstruiert.

"Wir berichten über die erste Beobachtung der elektroschwachen Produktion von zwei Z-Bosonen und zwei Jets, dem seltensten Prozess, bei dem die Streuung von zwei massiven Eichbosonen auftreten kann", sagte Navarro. "Die Beobachtung und die Konsistenz mit SM-Vorhersagen zeigen, dass das SM der Teilchenphysik auch in den seltensten Eckdaten mit einer Produktionsquerschnitt von nur 0,1 fb stringenten Tests standhält."

Die Beobachtung der elektroschwachen Produktion von zwei Z-Bosonen und zwei Jets durch die ATLAS-Kollaboration könnte wichtige Auswirkungen auf weitere Forschungen haben. Neben der Bereitstellung experimenteller Beweise zur Bestätigung der Robustheit des SM der Teilchenphysik könnte es weitere Untersuchungen eines Mechanismus namens elektroschwache Symmetriebrechung (EWSB) motivieren, die durch VBS resultieren können.

Solche Untersuchungen erfordern höchstwahrscheinlich neue Daten und fortgeschrittenere experimentelle Techniken. Der LHC hat 2022 begonnen, neue Daten zu sammeln, die bald zu neuen ATLAS-Detektor-Messungen führen könnten. Diese Daten könnten bald zu neuen aufregenden Beobachtungen und Forschungsanstrengungen führen.

'At a longer time scale, the high-luminosity LHC is expected to deliver 3000/fb of data, which will be 20 times of the dataset analyzed in this paper,' Navarro added. 'After the observation era, we will have more precise measurements of the VBS processes with much larger dataset, which will help to probe the EWSB with higher precision, as well as look for any possible deviation from the SM prediction. Eventually, this will allow us to check if the BEH-Mechanism is the one formulated in the SM or there might be other more structures.'

Journal information: Nature Physics

© 2023 Science X Network