Учёные, работающие на Большом адронном коллайдере (БАК) в Европейской организации по ядерным исследованиям (ЦЕРН), совершили уникальное открытие. Им удалось зарегистрировать невероятно редкое событие — рождение одиночного t-кварка (верхнего кварка) в сопровождении двух фундаментальных переносчиков взаимодействий: W- и Z-бозонов. Вероятность такого процесса составляет лишь одно событие на триллион протонных столкновений, что делает его наблюдение выдающимся научным достижением.
Это открытие, сделанное коллаборацией CMS (Compact Muon Solenoid), является первым в истории прямым наблюдением процесса, известного как tWZ-рождение. Уловить его сигнал в колоссальном потоке данных БАК — задача исключительной сложности, сравнимая с поиском единственной иголки в стоге сена размером с олимпийский стадион.
Наблюдение этого процесса открывает перед физиками новые возможности для исследования фундаментальных сил, управляющих Вселенной. Оно служит важнейшим инструментом для проверки и, возможно, расширения границ Стандартной модели — теоретической конструкции, описывающей все известные элементарные частицы и их взаимодействия.
Уникальная сигнатура в протонных столкновениях
Внутри 27-километрового кольца БАК пучки протонов разгоняются почти до скорости света и сталкиваются, высвобождая огромные энергии. Эти миниатюрные «Большие взрывы» позволяют учёным воссоздавать условия, существовавшие в первые мгновения после рождения Вселенной, и изучать её фундаментальные строительные блоки.
Среди миллиардов таких столкновений многоцелевой детектор CMS смог идентифицировать характерную «подпись» tWZ-рождения. Этот процесс включает одновременное рождение трёх ключевых частиц: массивного t-кварка, а также W- и Z-бозонов, которые отвечают за электрослабое взаимодействие (объединяющее электромагнитные и слабые ядерные силы).
Изучение этого редчайшего события особенно ценно, потому что t-кварк — самая тяжёлая из известных фундаментальных частиц. Благодаря своей массе он сильнее всех взаимодействует с полем Хиггса, которое придаёт массу другим частицам.
Обратите внимание: Астрономы впервые наблюдали за рождением системы с двумя нейтронными звездами.
Таким образом, анализ tWZ-процесса может пролить новый свет на механизм Хиггса и помочь обнаружить намёки на новую физику, выходящую за рамки Стандартной модели.Выделение сигнала на фоне шума
Основной трудностью для исследователей стало то, что сигнал от искомого tWZ-процесса очень похож на сигнал от другого, более распространённого явления — ttZ-рождения. В последнем случае рождаются не один, а два кварка: t-кварк и его античастица (анти-t-кварк) вместе с Z-бозоном. Этот фоновый процесс происходит примерно в семь раз чаще, маскируя собой крайне редкое tWZ-событие.
Чтобы справиться с этой проблемой, физики применили передовые алгоритмы машинного обучения. Эти интеллектуальные системы помогли просеять гигантские массивы экспериментальных данных и с высокой точностью отделить неуловимый сигнал от фонового шума.
Результаты анализа принесли сюрприз: измеренная частота tWZ-рождения оказалась несколько выше, чем предсказывают существующие теоретические расчёты в рамках Стандартной модели. Пока неясно, является ли это расхождение простой статистической флуктуацией или первым указанием на существование неизвестных частиц или взаимодействий.
«Если в процессе участвуют неизвестные взаимодействия или частицы, наблюдаемое расхождение между измеренной [скоростью tWZ-рождения] и предсказанием будет быстро увеличиваться с ростом энергий вылетающих частиц — эффект, уникальный для tWZ-процесса», — пояснил в пресс-релизе доктор философии Роман Коглер, физик-экспериментатор из коллаборации CMS в DESY.
04.11.2025 1 FacebookXVKontakteOdnoklassnikiTelegram Подпишитесь на нас:Вконтакте / Telegram / Дзен НовостиБольше интересных статей здесь: Новости науки и техники.