O Modelo Padra£o, a teoria existente mais exaustiva que descreve as interações departículas fundamentais, prevaª a existaªncia do que éconhecido como interações triboson. Essas interações são processos nos quais ba³sons de calibre três são produzidos simultaneamente a partir de um evento Grande Colisor de Ha¡drons.

As interações dos tribosons são incrivelmente raras, frequentemente atécentenas de vezes mais raras do que os eventos do ba³son de Higgs, visto que normalmente ocorrem uma vez a cada 100 bilhaµes de colisaµes pra³ton-pra³ton . Embora o modelo padrãopreveja sua existaªncia, os fa­sicos atéagora não foram capazes de observa¡-los experimentalmente.

O CMS Collaboration, um grande grupo de pesquisadores de vários institutos de física em todo o mundo, observou recentemente pela primeira vez a produção de três ba³sons de calibre massivos em colisaµes pra³ton-pra³ton. Seu artigo, publicado na Physical Review Letters , oferece a primeira evidência experimental da existaªncia de interações triboson, abrindo novas possibilidades para o estudo das interações entre ba³sons de calibre massivos fundamentais, ou seja, os ba³sons W ±, Z e Higgs.

"A raridade e a novidade das interações triboson foram a principal força orientadora por trás de nossa decisão de embarcar em uma busca por esses eventos", disse Saptaparna Bhattacharya, pa³s-doutorado associado da Northwestern University e distinto pesquisador do LHC Physics Center no Fermilab. Phys.org. "Nossa conquista éo culminar de tentativas anteriores de buscar esses processos pelas colaborações ATLAS e CMS em energias de centro de massa de 8 e 13 TeV."

O experimento CMS éum esfora§o de pesquisa em andamento com base no uso de um detector de uso geral no LHC (ou seja, o Solena³ide de Muon Compacto ou CMS). Nos últimos anos, Bhattacharya e o resto da Colaboração CMS usaram este detector para coletar dados relacionados a s interações departículas, o que poderia auxiliar na busca por matéria escura e facilitar a descoberta de novas físicas.

Em seu estudo recente, os pesquisadores examinaram um grande conjunto de dados compilado usando o detector entre 2016 e 2018, quando perceberam que as interações triboson estãose tornando mais acessa­veis e tem taxas de eventos grandes o suficiente para serem discernidas dos sinais de fundo. Eles então começam a procurar tribosons ou VVV (ou seja, onde V = W +, W-, Z ba³sons) e estabeleceram a existaªncia de interatores triboson em 5,7 desvios padra£o, o que implica que a probabilidade de a observação ser uma flutuação do fundo éum em 10 6 , ou um em 1 milha£o.

"Enquanto a maioria dos modos de decaimento do triboson envolvem jatos hadra´nicos, um subconjunto de eventos que da¡ origem aos elanãtrons e maºons (conhecidos coletivamente como leptons) leva a assinaturas distintas no detector", explicou Bhattacharya. "O detector CMS éo instrumento mais conhecido para detectar lanãptons e aproveitamos esse recurso para isolar os eventos raros de VVV de processos de fundo."

A probabilidade de que ba³sons grandes sejam produzidos em colisaµes pra³ton-pra³ton émaior em um centro de energia de massa de 13 TeV, em comparação com energias de centro de massa mais baixas avaliadas em estudos anteriores. Usando os requisitos de seleção de sinal ideal, os pesquisadores foram, portanto, capazes de isolar o raro processo triboson de sinais de fundo no conjunto de dados CMS 2016-2018.

"A presença dos ba³sons W ± e Z produzidos em colisaµes pra³ton-pra³ton pode ser inferida pela detecção de seus produtos de decaimento", disse Philip Chang, pesquisador de pa³s-doutorado da Universidade da Califórnia em San Diego e parte do CMS Collaboration, ao Phys.org . "Um dos sinais mais claros de sua presença éa detecção de elanãtrons e maºons de alto momentum. Como o processo que quera­amos detectar envolve três ba³sons de calibre massivo, vários elanãtrons e maºons devem estar presentes enquanto o evento ocorre, enquanto em outro contexto eventos que não produzem vários ba³sons de calibre massivo, o número de elanãtrons e maºons ébaixo. Assim, procuramos eventos de colisão pra³ton-pra³ton com vários elanãtrons e maºons para observar o processo de sinal muito raro de eventos de fundo. "

Nos dados que analisaram, Bhattacharya, Chang e o resto da Colaboração CMS identificaram claramente a produção de três ba³sons de calibre massivos em uma colisão pra³ton-pra³ton. Suas descobertas são uma contribuição significativa para o campo da física departículas, pois introduzem novas possibilidades para estudar as interações entre ba³sons de calibre massivo. No futuro, este estudo pode ajudar a melhorar a compreensão atual de diferentes tipos de ba³sons grandes, incluindo o ba³son de Higgs recentemente descoberto.

"A observação da produção de três ba³sons de calibre pesado em uma colisão do LHC constitui um marco importante na física do LHC", explicou Bhattacharya. "No ina­cio, anãramos canãticos sobre a descoberta desses processos em um esta¡gio tão inicial do programa do LHC. Essa descoberta lana§a luz sobre a interação fundamental entre os ba³sons de calibre e abre uma nova janela para os detalhes intrincados do modelo padra£o."

A Colaboração CMS agora planeja conduzir mais estudos explorando o processo que detectou, bem como expandir sua análise para também pesquisar eventos com decaimentos de ba³sons W ± e Z para quarks e neutrinos. Isso permitira¡ que eles testem a validade do Modelo Padra£o ainda mais e, potencialmente, desvendem novos fena´menos fa­sicos que não podem ser explicados pelas teorias da física existentes.

"Atualmente, estamos estudando em detalhes as interações do triboson, tendo estabelecido sua existaªncia", disse Chang. "Um dos principais objetivos de nosso pra³ximo artigo seráexaminar os processos triboson recanãm-descobertos e procurar sinais reveladores da física além do que éprevisto pelo Modelo Padra£o."