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7 décembre 2020

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par Ingrid Fadelli, Physorg

Le modèle standard, la théorie existante la plus exhaustive décrivant les interactions fondamentales des particules, prédit l’existence de ce que l’on appelle les interactions tribosoniques Ces interactions sont des processus dans lesquels des bosons à trois jauges sont produits simultanément à partir d’un événement de grand collisionneur de hadrons

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Les interactions avec les tribosons sont incroyablement rares, souvent jusqu’à des centaines de fois plus rares que les événements du boson de Higgs, car elles se produisent généralement une fois tous les 100 milliards de collisions proton-proton Bien que le modèle standard prédit leur existence, les physiciens n’avaient jusqu’à présent pas été en mesure de les observer expérimentalement

La collaboration CMS, un grand groupe de chercheurs de nombreux instituts de physique du monde entier, a récemment observé pour la première fois la production de trois bosons massifs de jauge dans des collisions proton-proton. Leur article, publié dans Physical Review Letters, offre la première preuve expérimentale de l’existence d’interactions tribosoniques, ouvrant de nouvelles possibilités pour l’étude des interactions entre les bosons de jauge massifs fondamentaux, à savoir les bosons W ±, Z et Higgs.

“La rareté et la nouveauté des interactions tribosoniques ont été le principal moteur de notre décision de nous lancer dans la recherche de ces événements”, a déclaré Saptaparna Bhattacharya, chercheur postdoctoral à l’Université Northwestern et chercheur distingué au Centre de physique du LHC à Fermilab, dit Physorg «Notre réalisation est le point culminant des tentatives précédentes de recherche de ces processus par les collaborations ATLAS et CMS au centre d’énergies de masse de 8 et 13 TeV”

L’expérience CMS est un effort de recherche en cours basé sur l’utilisation d’un détecteur polyvalent au LHC (ie, le solénoïde muon compact ou CMS) Au cours des dernières années, Bhattacharya et le reste de la collaboration CMS ont utilisé ce détecteur pour collecter des données liées aux interactions des particules, ce qui pourrait faciliter la recherche de matière noire et faciliter la découverte d’une nouvelle physique.

Dans leur étude récente, les chercheurs ont examiné un vaste ensemble de données compilé à l’aide du détecteur entre 2016 et 2018, car ils se sont rendu compte que les interactions tribosoniques sont de plus en plus accessibles et ont des taux d’événements suffisamment élevés pour être discernés à partir des signaux de fond Ils se sont donc mis à la recherche de tribosons ou VVV (jee, où V = bosons W, W-, Z) et établir l’existence d’interactons tribosoniques en 57 écarts-types, ce qui implique que la probabilité que l’observation soit une fluctuation de l’arrière-plan est de un sur 106, soit un sur 1 million

“Alors que la majorité des modes de désintégration du triboson impliquent des jets hadroniques, un sous-ensemble d’événements qui donnent naissance à des électrons et des muons (appelés collectivement leptons) conduisent à des signatures distinctives dans le détecteur”, a expliqué Bhattacharya «Le détecteur CMS est l’instrument le plus connu pour détecter les leptons et nous avons profité de cette fonctionnalité pour isoler les rares événements VVV des processus d’arrière-plan”

La probabilité que de gros bosons soient produits lors de collisions proton-proton est plus élevée à une énergie de centre de masse de 13 TeV, par rapport aux énergies de centre de masse inférieures évaluées dans des études antérieures En utilisant des exigences de sélection de signal optimales, les chercheurs ont ainsi pu isoler le processus triboson rare des signaux d’arrière-plan dans l’ensemble de données CMS 2016-2018

“La présence des bosons W ± et Z produits dans les collisions proton-proton peut être déduite en détectant leurs produits de désintégration”, a déclaré Philip Chang, chercheur postdoctoral à l’Université de Californie à San Diego et membre de la CMS Collaboration. Physorg “L’un des signes les plus évidents de leur présence est la détection d’électrons et de muons à impulsion élevée. Étant donné que le processus que nous voulions détecter implique trois bosons à jauge massive, plusieurs électrons et muons devraient être présents au fur et à mesure que l’événement se produit, tandis que dans d’autres événements de fond qui ne produisent pas plusieurs bosons à jauge massive, le nombre d’électrons et de muons est faible. Nous avons donc recherché des événements de collision proton-proton avec plusieurs électrons et muons pour observer le processus de signal très rare des événements de fond”

Dans les données qu’ils ont analysées, Bhattacharya, Chang et le reste de la collaboration CMS ont clairement identifié la production de trois bosons à jauge massive dans une collision proton-proton Leurs découvertes sont une contribution significative au domaine de la physique des particules, car elles introduisent de nouvelles possibilités pour étudier les interactions entre les bosons à jauge massive. À l’avenir, cette étude pourrait aider à améliorer la compréhension actuelle des différents types de gros bosons, y compris le boson de Higgs récemment découvert

“L’observation de la production de trois bosons de gros calibre lors d’une collision avec le LHC constitue une étape majeure dans la physique du LHC”, a expliqué Bhattacharya «Au départ, nous étions sceptiques quant à la découverte de ces processus à un stade aussi précoce du programme LHC. Cette découverte met en lumière l’interaction fondamentale entre les bosons de jauge et ouvre une nouvelle fenêtre sur les détails complexes du modèle standard”

La collaboration CMS prévoit maintenant de mener d’autres études explorant le processus détecté, ainsi que d’étendre son analyse pour rechercher également des événements avec des désintégrations de bosons W ± et Z en quarks et neutrinos Cela leur permettra de tester davantage la validité du modèle standard et de dévoiler potentiellement de nouveaux phénomènes physiques qui ne peuvent pas être expliqués par les théories physiques existantes.

“Nous étudions actuellement en détail les interactions des tribosons, ayant établi leur existence”, a déclaré Chang “L’un des principaux objectifs de notre prochain article sera d’examiner les processus tribosons récemment découverts et de rechercher des signes révélateurs de la physique au-delà de ce qui est prédit par le modèle standard.”

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Physique, Observation, Boson

News – GB – Triple menace: La première observation de trois bosons de jauge massifs produits dans des collisions proton-proton
Titre associé :
Triple menace: première observation de trois bosons de jauge massifs produits lors de collisions proton-proton

Source: https://phys.org/news/2020-12-triple-threat-massive-gauge-bosons.html

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