A Colaboração ATLAS no CERN anuncia a primeira observação da "produção WWW":A criação simultânea de três bósons W massivos em colisões de Grande Colisor de Hádrons (LHC) de alta energia.

Como uma partícula portadora da força eletrofraca, o bóson W desempenha um papel crucial no modelo padrão da física de partículas. Embora descoberto há quase quatro décadas, o bóson W continua a fornecer aos físicos novos caminhos para exploração. Em particular, seu estudo permitiu que os cientistas testassem o modelo padrão por meio de medições precisas de processos raros.

Hoje, na Conferência EPS-HEP 2021, a ATLAS Collaboration anunciou a primeira observação de um processo raro:a produção simultânea de três bósons W. Os pesquisadores do ATLAS analisaram todo o conjunto de dados LHC Run-2, registrado pelo detector entre 2015 e 2018, para observar o processo com uma significância estatística de 8,2 desvios-padrão - bem acima do limite de 5 desvios-padrão necessário para alegar observação. Este resultado segue uma observação anterior pela Colaboração CMS de produção inclusiva de três bósons fracos.

Alcançar esse nível de precisão não foi fácil. Os físicos analisaram cerca de 20 bilhões de eventos de colisão registrados e pré-filtrados pelo experimento ATLAS, procurando apenas algumas centenas de eventos esperados do processo WWW. Esses eventos foram enterrados em quase cinco vezes mais eventos de fundo que imitam a assinatura do sinal.

Como uma das partículas elementares mais pesadas conhecidas, o bóson W é capaz de decair de várias maneiras diferentes. Os físicos do ATLAS concentraram sua pesquisa nos quatro modos de decaimento WWW com o melhor potencial de descoberta, devido ao número reduzido de eventos de segundo plano. Em três desses modos, dois bósons W decaem em léptons carregados (elétrons ou múons), carregando a mesma carga positiva ou negativa, e neutrinos, enquanto o terceiro bóson W decai em um par de quarks leves (chamados de "canais 2l"). No quarto modo de decaimento, todos os três bósons W decaem em um leptão carregado e um neutrino (chamado de "canal 3l").

Para captar o sinal WWW do grande número de eventos de segundo plano, os pesquisadores utilizaram uma técnica de aprendizado de máquina chamada Boosted Decision Trees (BDTs). Os BDTs podem ser treinados para identificar sinais específicos no detector ATLAS, identificando pequenas - mas importantes - diferenças entre variáveis ​​conhecidas. Para esta análise, físicos treinaram dois BDTs:um para os canais 2l usando 12 variáveis ​​bem modeladas, e outro para o canal 3l com 11 variáveis.

A figura mostra a distribuição BDT para o canal 3l. O poder de separação melhorado entre o sinal e o fundo fornecido pelo BDT - junto com o enorme conjunto de dados fornecido pela Execução 2 do LHC - melhorou a precisão da medição geral e permitiu a primeira observação de http:// www. A significância observada da medição é de 8,2 desvios padrão. A seção transversal foi medida como sendo 850 ± 100 (estatística) ± 80 (sistemática) fb, em comparação com a seção transversal prevista do Modelo Padrão de 511 ± 42 fb.

Esta medição emocionante também permite que os físicos procurem por indícios de novas interações que podem existir além do alcance de energia atual do LHC. Em particular, os físicos podem usar o processo de produção WWW para estudar o acoplamento do bóson de calibre quártico, um parâmetro chave do modelo padrão. Novas partículas podem alterar o acoplamento do bóson de calibre quártico por meio de efeitos quânticos, modificar a seção transversal da produção WWW. O estudo contínuo da WWW e de outros processos eletrofracos fornece um caminho atraente à frente.