La colaboración ATLAS observa la producción electrodébil de dos chorros y un par de bosones Z.

13 de abril de 2023 característica

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por Ingrid Fadelli, Phys.org

La colaboración ATLAS, el gran consorcio de investigación involucrado en el análisis de datos recolectados por el colisionador de partículas ATLAS en el CERN, observó recientemente la producción electro-débil de dos bosones Z y dos chorros de partículas. Esta observación crucial, presentada en Nature Physics, podría contribuir en gran medida a la comprensión de la física de partículas del modelo estándar (SM).

El SM de la física de partículas es una teoría bien establecida que describe los bloques de construcción y las fuerzas fundamentales en el universo. Este modelo describe los bosones débiles (es decir, los bosones responsables de la llamada "fuerza débil") como mediadores de la interacción electro-débil.

La dispersión de bosones débiles masivos, como los bosones W y Z, se limita específicamente a interacciones donde los mediadores sí mismos llevan la carga de estas interacciones. Esta dispersión, también conocida como dispersión de bosones vectoriales (VBS), también implica un tipo de diagramas o vértices de Feynman conocidos (es decir, vértices de calibre cuárticos) que los físicos han sido incapaces de investigar experimentalmente a través de otros procesos físicos.

"Los vértices de calibre cuárticos son una sección aún no confirmada del SM, que es sin embargo de importancia central para la auto-consistencia del modelo", dijo Gabriela Navarro, parte de la colaboración ATLAS, a Phys.org. "Un ejemplo de esta auto-consistencia es una delicada cancelación de amplitudes de dispersión que involucran vértices de Triple Gauge, vértices de calibre cuárticos y vértices que involucran el bosón de Higgs. Un estudio de estos procesos es una prueba independiente y crucial del mecanismo BEH para la ruptura de la simetría electro-débil en el SM (EWSB)."

Desde el principio, uno de los objetivos cruciales del Experimento ATLAS en el CERN ha sido buscar y medir procesos de VBS. El Run 1 del experimento en el Gran Colisionador de Hadrones (LHD) recopiló la primera evidencia de estos procesos ocurriendo en dos bosones W con la misma carga. Posteriormente, VBS también se observó durante las interacciones entre bosones W y Z.

"La observación de tal proceso en el canal ZZ es muy desafiante debido a su sección transversal pequeña y requiere una buena modelización y control de los procesos de fondo, así como una buena reconstrucción y calibración de los objetos físicos por parte del detector ATLAS", explicó Navarro.

"Nuestro artículo reciente completa la observación de todos los canales principales que involucran bosones de calibre electro-débiles masivos y confirma la consistencia de los resultados experimentales con el mecanismo predicho por el SM. Por lo tanto, también marca el comienzo de una nueva era en estudios de precisión de tales procesos raros en el sector electro-débil".

Como parte de su trabajo reciente, la colaboración ATLAS analizó específicamente las colisiones de protones-protones registradas durante la ejecución 2 del colisionador de partículas LHC, que abarcó desde 2015 hasta 2018. Las partículas finales resultantes en este colisionador interactúan con el detector ATLAS, dejando hits o depósitos de energía en su interior que pueden medirse y registrarse. Estos depósitos de energía registrados se reconstruyen en objetos físicos como electrones, muones, chorros, etc.

"Informamos sobre la primera observación de la producción electro-débil de dos bosones Z y dos chorros, el proceso más raro donde puede ocurrir la dispersión de dos bosones de calibre masivos", dijo Navarro. "La observación, así como la consistencia con las predicciones del modelo estándar, muestran que el SM de la física de partículas sobrevive a pruebas rigurosas hasta el rincón más raro con una sección transversal de producción tan pequeña como 0,1 fb".

La observación de la producción electro-débil de dos bosones Z y dos chorros de partículas por parte de la colaboración ATLAS podría tener importantes implicaciones para investigaciones futuras. Además de proporcionar evidencia experimental que confirma la solidez del SM de la física de partículas, podría motivar nuevas investigaciones de un mecanismo llamado ruptura de simetría electro-débil (EWSB) que puede resultar de VBS.

Esas investigaciones probablemente requerirán nuevos datos y técnicas experimentales más avanzadas. El LHC comenzó a recolectar nuevos datos en 2022, lo que pronto dará lugar a nuevas mediciones del detector ATLAS. Estos datos podrían pronto llevar a nuevas observaciones emocionantes y esfuerzos de investigación.

'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

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