Datos comparados con la expectativa de distribución de la masa invariante de dos chorros. La señal (VVV, en amarillo) se ajusta al valor medido. Crédito:Colaboración ATLAS / CERN
El Experimento ATLAS del CERN acaba de publicar pruebas de la producción simultánea de tres bosones W o Z en colisiones protón-protón en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC). Los bosones W y Z son las partículas mediadoras de la fuerza débil, una de las cuatro fuerzas fundamentales conocidas, que es responsable del fenómeno de la radiactividad y es un ingrediente esencial del proceso termonuclear de nuestro Sol.
Una nueva ventana para explorar
El nuevo resultado de ATLAS se basa en datos recopilados por ATLAS durante 2015-2017 a una energía de colisión de 13 TeV. Proporciona evidencia de eventos de "tri-bosón" con una significación de 4 desviaciones estándar. Esta indicación no es más que el capítulo más reciente en una historia de décadas de mediciones con bosones débiles. Los bosones W y Z fueron descubiertos en 1983 en el colisionador protón-antiprotón del CERN. En 1996, en el colisionador Large Electron-Positron (LEP) del CERN, Primero se observaron eventos con dos bosones W, y poco después se encontraron eventos ZZ. Una década después de eso, WW, Se observaron eventos WZ y ZZ en el colisionador Tevatron de Fermilab. Ahora se producen grandes tasas de eventos de dibosón en el LHC, permitiendo mediciones precisas.
Los raros procesos de producción de tri-bosones son predichos por el Modelo Estándar de física de partículas. Su producción implica la auto-interacción entre los bosones débiles, los llamados acoplamientos de bosones de calibre triple y cuártico, que son sensibles a posibles contribuciones de partículas o fuerzas aún desconocidas.
Combinación de dos mediciones (normalizadas a sus predicciones del Modelo Estándar) en la WWW y dos en los canales WVZ, en estados finales con un número diferente de leptones. Crédito:Colaboración ATLAS / CERN
Dado que los bosones débiles son inestables, se reconstruyen en el detector a través de sus desintegraciones en pares de leptones (incluidos los neutrinos invisibles) o quarks; estos últimos forman aerosoles de partículas, llamados "chorros". Los físicos de ATLAS combinaron búsquedas de diferentes modos de desintegración y diferentes tipos de producción de tri-bosones, incluyendo eventos con tres bosones W ("WWW"), y eventos con un bosón W, un bosón Z y un tercer bosón de cualquier variedad. Estos últimos se conocen como eventos "WVZ", donde la "V" es una abreviatura de "W o Z".
Una técnica empleada por los físicos de ATLAS para buscar eventos "WWW" utilizó la masa invariante calculada de dos chorros y la comparó con la masa del bosón W (Figura 1). Esto les permitió determinar si los chorros eran el resultado de una desintegración del bosón W. Los físicos han utilizado estas técnicas durante décadas (incluido el descubrimiento del bosón de Higgs en 2012).
El análisis WVZ, por otra parte, emplea técnicas de aprendizaje automático para identificar eventos de tres bosones. Se entrenaron varios algoritmos multivariados en forma de árboles de decisión potenciados (BDT) para aprender qué eventos en los datos provienen de la producción de tri-bosones y cuáles surgen de otros procesos del Modelo Estándar. Al considerar varias características del evento, como los momentos de los leptones, el desequilibrio general de la cantidad de movimiento y el número de chorros:las BDT pueden deducir (más eficazmente que los humanos) el origen de los datos. Por último, las BDT identificaron algunos de los datos como probablemente provenientes de la producción de WVZ.
En total, la medición de ATLAS resultante (Figura 2) se encuentra de acuerdo con la predicción del Modelo Estándar, proporcionando así una pieza más del rompecabezas en nuestra comprensión de la física de partículas.
