ATLAS合作观察了两个射流和一个Z玻色子对的电弱产生

ATLAS合作是参与分析CERN的ATLAS粒子对撞机收集的数据的大型研究联盟，最近观察到两个Z玻色子和两个喷流的电弱产生。这一关键观察结果发表在《自然物理学》上，可以极大地促进对标准模型(SM)粒子物理学的理解。

粒子物理学的SM是一个成熟的理论，描述了宇宙中的构建块和基本力。该模型将弱玻色子(即负责所谓“弱力”的玻色子)描述为电弱相互作用的介质。

大质量弱玻色子(如W和Z玻色子)的散射被专门限制在相互作用中，其中中介子直接相互作用并相互分散。这种散射，也称为矢量玻色子散射(VBS)，还涉及一种已知的费曼图或顶点(即四规范顶点)，物理学家迄今为止无法通过其他物理过程进行实验探测。

“四方规范顶点是SM中迄今为止未经证实的部分，但是这对模型的自洽性至关重要，”作者告诉 Phys.org。“这种自洽的一个例子是涉及三轨距顶点、四方规范顶点和涉及希格斯玻色子的顶点的散射振幅的微妙抵消。对这些过程的研究是对Brout-Englert-Higgs(BEH)机制打破SM(EWSB)电弱对称性的独立和关键测试。

从一开始，欧洲核子研究中心ATLAS实验的关键目标之一就是搜索和测量VBS过程。大型强子对撞机(LHC)实验的运行1收集了这些过程在两个具有相同电荷的W玻色子中发生的第一个证据。随后，在W和Z玻色子之间的相互作用中也观察到了VBS。

“由于其横截面小，在ZZ通道中观察这种过程非常具有挑战性，并且需要对背景过程进行良好的建模和控制，以及通过ATLAS探测器对物理对象进行良好的重建和校准，”作者解释说。

“我们最近的论文完成了对涉及大量电弱规范玻色子的所有主要通道的观察，并证实了实验结果与SM预测的机制的一致性。因此，这也标志着电弱领域此类罕见过程精密研究的新时代的开始。

作为他们最近工作的一部分，ATLAS合作专门分析了2年至2015年LHC粒子对撞机运行2018期间记录的质子 - 质子碰撞。然后，该对撞机中的最终状态粒子与ATLAS探测器相互作用，在其内部留下可以测量和记录的命中或能量沉积物。然后将这些记录的能量沉积物重建为物理对象，例如电子，μ介子，射流等。

“我们报告了对两个Z玻色子和两个射流的电弱产生的首次观测，这是可能发生两个大质量玻色子散射的最罕见的过程，”纳瓦罗说。“观察以及与SM预测的一致性表明，粒子物理学的SM经受住了严格的测试，直到最稀有的角落，生产横截面小至0.1 fb。

ATLAS合作对两个Z玻色子和两个喷流的电弱产生的观察可能对进一步的研究具有重要意义。除了提供实验证据证实粒子物理学SM的鲁棒性外，它还激发了对称为电弱对称性破坏(EWSB)的机制的进一步研究，该机制在VBS过程中留下特征特征。

这样的调查很可能需要新的数据和更先进的实验技术。大型强子对撞机于 2022 年开始收集新数据，这将很快导致新的 ATLAS 探测器测量。这些数据可能很快导致新的令人兴奋的观察和研究工作。

“在更长的时间尺度上，高亮度LHC预计将提供3000 / fb的数据，这将是本文分析数据集的20倍，”作者补充说。“在观测时代之后，我们将使用更大的数据集对VBS过程进行更精确的测量，这将有助于以更高的精度探测EWSB，并寻找与SM预测的任何可能的偏差。最终，这将使我们能够检查BEH机制是否是SM中制定的机制，或者可能还有其他更多结构。

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