La Colaboración ATLAS en el CERN anuncia la primera observación de la "producción WWW":la creación simultánea de tres bosones W masivos en colisiones de alta energía del Gran Colisionador de Hadrones (LHC).

Como partícula portadora de la fuerza electrodébil, el bosón W juega un papel crucial en el modelo estándar de física de partículas. Aunque descubierto hace casi cuatro décadas, el bosón W sigue proporcionando a los físicos nuevas vías de exploración. En particular, su estudio ha permitido a los científicos probar el modelo estándar a través de mediciones precisas de procesos raros.

Hoy dia, en la Conferencia EPS-HEP 2021, La Colaboración ATLAS anunció la primera observación de un proceso poco común:la producción simultánea de tres bosones W. Los investigadores de ATLAS analizaron el conjunto de datos completo del LHC Run-2, registrado por el detector entre 2015 y 2018, para observar el proceso con una significación estadística de 8.2 desviaciones estándar, muy por encima del umbral de 5 desviaciones estándar necesario para reclamar la observación. Este resultado sigue a una observación anterior de la Colaboración CMS de la producción inclusiva de tres bosones débiles.

Alcanzar este nivel de precisión no fue tarea fácil. Los físicos analizaron alrededor de 20 mil millones de eventos de colisión registrados y prefiltrados por el experimento ATLAS, buscando solo unos pocos cientos de eventos esperados del proceso de la WWW. Estos eventos fueron enterrados en casi cinco veces más eventos de fondo que imitan la firma de la señal.

Como una de las partículas elementales más pesadas conocidas, el bosón W puede decaer de varias formas diferentes. Los físicos de ATLAS centraron su búsqueda en los cuatro modos de desintegración de la WWW con el mejor potencial de descubrimiento, debido a su reducido número de eventos de fondo. En tres de estos modos, dos bosones W se desintegran en leptones cargados (electrones o muones), llevando la misma carga positiva o negativa, y neutrinos, mientras que el tercer bosón W decae en un par de quarks ligeros (llamados "canales 2l"). En el cuarto modo de decaimiento, los tres bosones W se desintegran en un leptón cargado y un neutrino (llamado "canal 3l").

Para seleccionar la señal WWW de la gran cantidad de eventos de fondo, Los investigadores utilizaron una técnica de aprendizaje automático llamada Árboles de decisión potenciados (BDT). Los BDT pueden capacitarse para identificar señales específicas en el detector ATLAS, detectar diferencias pequeñas, pero clave, entre variables conocidas. Para este análisis, Los físicos entrenaron dos BDT:uno para los canales de 2l usando 12 variables bien modeladas, y el otro para el canal 3l con 11 variables.

La figura muestra la distribución de BDT para el canal 3l. La potencia de separación mejorada entre la señal y el fondo proporcionada por la BDT, junto con el enorme conjunto de datos proporcionado por la Ejecución 2 del LHC, mejoró la precisión de la medición general y permitió la primera observación de http:// www. La importancia observada de la medición es de 8,2 desviaciones estándar. La sección transversal se midió en 850 ± 100 (estadístico) ± 80 (sistemático) fb, en comparación con la sección transversal prevista del Modelo Estándar de 511 ± 42 fb.

Esta emocionante medición también permite a los físicos buscar indicios de nuevas interacciones que podrían existir más allá del alcance energético actual del LHC. En particular, Los físicos pueden utilizar el proceso de producción de la WWW para estudiar el acoplamiento del bosón de calibre cuártico, un parámetro clave del Modelo Estándar. Nuevas partículas podrían alterar el acoplamiento del bosón de calibre cuántico a través de efectos cuánticos, modificar la sección transversal de producción de WWW. El estudio continuo de la WWW y otros procesos electrodébiles proporciona un camino atractivo por delante.