Precision measurement of the muon charge asymmetry from W-boson decays in $pp$ collisions at s = 13 TeV in the forward region
باستخدام 5.1 فمتوبار عكسي من بيانات تصادمات بروتون-بروتون عند طاقة 13 تريليون إلكترون فولت جُمعت بواسطة كاشف LHCb، تقدم هذه الدراسة القياس الأكثر دقة حتى الآن لعدم تماثل شحنة الميون الناتج عن اضمحلال بوزون W في المنطقة الأمامية، والذي يتوافق بشكل ممتاز مع تنبؤات الكروموديناميكا الكمية الاضطرابية من الرتبة التالية التالية التالية (NNLO).
المؤلفون الأصليون: LHCb collaboration, R. Aaij, M. Abdelfatah, A. S. W. Abdelmotteleb, C. Abellan Beteta, F. Abudinén, T. Ackernley, A. A. Adefisoye, B. Adeva, M. Adinolfi, P. Adlarson, C. Agapopoulou, C. A. Aidala, Z. Ajaltouni, S. Akar, K. Akiba, P. Albicocco, J. Albrecht, R. Aleksiejunas, F. Alessio, P. Alvarez Cartelle, R. Amalric, S. Amato, J. L. Amey, Y. Amhis, L. An, L. Anderlini, M. Andersson, P. Andreola, M. Andreotti, S. Andres Estrada, A. Anelli, D. Ao, C. Arata, F. Archilli, Z. Areg, M. Argenton, S. Arguedas Cuendis, L. Arnone, M. Artuso, E. Aslanides, R. Ataíde Da Silva, M. Atzeni, B. Audurier, J. A. Authier, D. Bacher, I. Bachiller Perea, S. Bachmann, M. Bachmayer, J. J. Back, Z. B. Bai, P. Baladron Rodriguez, V. Balagura, A. Balboni, W. Baldini, Z. Baldwin, L. Balzani, H. Bao, J. Baptista de Souza Leite, C. Barbero Pretel, M. Barbetti, I. R. Barbosa, R. J. Barlow, M. Barnyakov, S. Barsuk, W. Barter, J. Bartz, S. Bashir, B. Batsukh, P. B. Battista, A. Bavarchee, A. Bay, A. Beck, M. Becker, F. Bedeschi, I. B. Bediaga, N. A. Behling, S. Belin, A. Bellavista, I. Belov, I. Belyaev, G. Benane, G. Bencivenni, E. Ben-Haim, R. Bernet, A. Bertolin, F. Betti, J. Bex, O. Bezshyyko, S. Bhattacharya, M. S. Bieker, N. V. Biesuz, A. Biolchini, M. Birch, F. C. R. Bishop, A. Bitadze, A. Bizzeti, T. Blake, F. Blanc, J. E. Blank, S. Blusk, J. A. Boelhauve, O. Boente Garcia, T. Boettcher, A. Bohare, C. Bolognani, R. Bolzonella, R. B. Bonacci, A. Bordelius, F. Borgato, S. Borghi, M. Borsato, J. T. Borsuk, E. Bottalico, S. A. Bouchiba, M. Bovill, T. J. V. Bowcock, A. Boyer, C. Bozzi, J. D. Brandenburg, A. Brea Rodriguez, N. Breer, C. Breitfeld, J. Brodzicka, J. Brown, D. Brundu, E. Buchanan, M. Burgos Marcos, C. Burr, C. Buti, J. S. Butter, J. Buytaert, W. Byczynski, S. Cadeddu, H. Cai, Y. Cai, A. Caillet, R. Calabrese, L. Calefice, M. Calvi, M. Calvo Gomez, P. Camargo Magalhaes, J. I. Cambon Bouzas, P. Campana, A. C. Campos, A. F. Campoverde Quezada, Y. Cao, S. Capelli, M. Caporale, L. Capriotti, R. Caravaca-Mora, A. Carbone, L. Carcedo Salgado, R. Cardinale, A. Cardini, P. Carniti, L. Carus, A. Casais Vidal, R. Caspary, G. Casse, M. Cattaneo, G. Cavallero, V. Cavallini, S. Celani, I. Celestino, S. Cesare, A. J. Chadwick, I. Chahrour, M. Charles, Ph. Charpentier, E. Chatzianagnostou, R. Cheaib, M. Chefdeville, C. Chen, J. Chen, S. Chen, Z. Chen, A. Chen Hu, M. Cherif, A. Chernov, S. Chernyshenko, X. Chiotopoulos, G. Chizhik, V. Chobanova, M. Chrzaszcz, V. Chulikov, P. Ciambrone, X. Cid Vidal, G. Ciezarek, P. Cifra, P. E. L. Clarke, M. Clemencic, H. V. Cliff, J. Closier, C. Cocha Toapaxi, V. Coco, J. Cogan, E. Cogneras, L. Cojocariu, S. Collaviti, P. Collins, T. Colombo, M. Colonna, A. Comerma-Montells, L. Congedo, J. Connaughton, A. Contu, N. Cooke, G. Cordova, C. Coronel, I. Corredoira, A. Correia, G. Corti, G. C. Costantino, J. Cottee Meldrum, B. Couturier, D. C. Craik, N. Crepet, M. Cruz Torres, M. Cubero Campos, E. Curras Rivera, R. Currie, C. L. Da Silva, X. Dai, E. Dall'Occo, J. Dalseno, C. D'Ambrosio, J. Daniel, G. Darze, A. Davidson, J. E. Davies, O. De Aguiar Francisco, C. De Angelis, F. De Benedetti, J. de Boer, K. De Bruyn, S. De Capua, M. De Cian, U. De Freitas Carneiro Da Graca, E. De Lucia, J. M. De Miranda, L. De Paula, M. De Serio, P. De Simone, F. De Vellis, J. A. de Vries, F. Debernardis, D. Decamp, S. Dekkers, L. Del Buono, B. Delaney, J. Deng, V. Denysenko, O. Deschamps, F. Dettori, B. Dey, P. Di Nezza, S. Ding, Y. Ding, L. Dittmann, A. D. Docheva, A. Doheny, C. Dong, F. Dordei, A. C. dos Reis, A. D. Dowling, L. Dreyfus, W. Duan, P. Duda, L. Dufour, V. Duk, P. Durante, M. M. Duras, J. M. Durham, O. D. Durmus, A. Dziurda, S. Easo, E. Eckstein, U. Egede, S. Eisenhardt, E. Ejopu, L. Eklund, M. Elashri, D. Elizondo Blanco, J. Ellbracht, S. Ely, A. Ene, J. Eschle, T. Evans, F. Fabiano, S. Faghih, L. N. Falcao, B. Fang, R. Fantechi, L. Fantini, M. Faria, K. Farmer, F. Fassin, D. Fazzini, L. Felkowski, C. Feng, M. Feng, A. Fernandez Casani, M. Fernandez Gomez, A. D. Fernez, F. Ferrari, F. Ferreira Rodrigues, M. Ferrillo, M. Ferro-Luzzi, R. A. Fini, M. Fiorini, M. Firlej, K. L. Fischer, D. S. Fitzgerald, C. Fitzpatrick, T. Fiutowski, F. Fleuret, A. Fomin, M. Fontana, L. A. Foreman, R. Forty, D. Foulds-Holt, V. Franco Lima, M. Franco Sevilla, M. Frank, E. Franzoso, G. Frau, C. Frei, D. A. Friday, J. Fu, Q. Führing, T. Fulghesu, G. Galati, M. D. Galati, A. Gallas Torreira, D. Galli, S. Gambetta, M. Gandelman, P. Gandini, B. Ganie, H. Gao, R. Gao, T. Q. Gao, Y. Gao, Y. Gao, Y. Gao, L. M. Garcia Martin, P. Garcia Moreno, J. García Pardiñas, P. Gardner, L. Garrido, C. Gaspar, A. Gavrikov, L. L. Gerken, E. Gersabeck, M. Gersabeck, T. Gershon, S. Ghizzo, Z. Ghorbanimoghaddam, F. I. Giasemis, V. Gibson, H. K. Giemza, A. L. Gilman, M. Giovannetti, A. Gioventù, L. Girardey, M. A. Giza, F. C. Glaser, V. V. Gligorov, C. Göbel, L. Golinka-Bezshyyko, E. Golobardes, A. Golutvin, S. Gomez Fernandez, W. Gomulka, F. Goncalves Abrantes, I. Gonçales Vaz, M. Goncerz, G. Gong, J. A. Gooding, C. Gotti, E. Govorkova, J. P. Grabowski, L. A. Granado Cardoso, E. Graugés, E. Graverini, L. Grazette, G. Graziani, A. T. Grecu, N. A. Grieser, L. Grillo, C. Gu, M. Guarise, L. Guerry, A. -K. Guseinov, Y. Guz, T. Gys, K. Habermann, T. Hadavizadeh, C. Hadjivasiliou, G. Haefeli, C. Haen, S. Haken, G. Hallett, P. M. Hamilton, Q. Han, X. Han, S. Hansmann-Menzemer, N. Harnew, T. J. Harris, M. Hartmann, S. Hashmi, J. He, N. Heatley, A. Hedes, F. Hemmer, C. Henderson, R. Henderson, R. D. L. Henderson, A. M. Hennequin, K. Hennessy, J. Herd, P. Herrero Gascon, J. Heuel, A. Heyn, A. Hicheur, G. Hijano Mendizabal, J. Horswill, R. Hou, Y. Hou, D. C. Houston, N. Howarth, W. Hu, X. Hu, W. Hulsbergen, R. J. Hunter, D. Hutchcroft, M. Idzik, P. Ilten, A. Iohner, H. Jage, S. J. Jaimes Elles, S. Jakobsen, T. Jakoubek, E. Jans, A. Jawahery, C. Jayaweera, A. Jelavic, V. Jevtic, Z. Jia, E. Jiang, X. Jiang, Y. Jiang, Y. J. Jiang, E. Jimenez Moya, N. Jindal, M. John, A. John Rubesh Rajan, D. Johnson, C. R. Jones, S. Joshi, B. Jost, J. Juan Castella, N. Jurik, I. Juszczak, K. Kalecinska, D. Kaminaris, S. Kandybei, M. Kane, Y. Kang, C. Kar, M. Karacson, A. Kauniskangas, J. W. Kautz, M. K. Kazanecki, F. Keizer, M. Kenzie, T. Ketel, B. Khanji, S. Kholodenko, G. Khreich, F. Kiraz, T. Kirn, V. S. Kirsebom, S. Klaver, N. Kleijne, A. Kleimenova, D. K. Klekots, K. Klimaszewski, M. R. Kmiec, T. Knospe, R. Kolb, S. Koliiev, L. Kolk, A. Konoplyannikov, P. Kopciewicz, P. Koppenburg, A. Korchin, I. Kostiuk, O. Kot, S. Kotriakhova, E. Kowalczyk, O. Kravcov, M. Kreps, W. Krupa, W. Krzemien, O. Kshyvanskyi, S. Kubis, M. Kucharczyk, A. Kupsc, V. Kushnir, B. Kutsenko, J. Kvapil, I. Kyryllin, D. Lacarrere, P. Laguarta Gonzalez, A. Lai, A. Lampis, D. Lancierini, C. Landesa Gomez, J. J. Lane, G. Lanfranchi, C. Langenbruch, J. Langer, T. Latham, F. Lazzari, C. Lazzeroni, R. Le Gac, H. Lee, R. Lefèvre, M. Lehuraux, E. Lemos Cid, O. Leroy, T. Lesiak, E. D. Lesser, B. Leverington, A. Li, C. Li, C. Li, H. Li, J. Li, K. Li, L. Li, P. Li, P. -R. Li, Q. Li, T. Li, T. Li, Y. Li, Y. Li, Y. Li, Z. Lian, Q. Liang, X. Liang, Z. Liang, S. Libralon, A. Lightbody, C. Lin, T. Lin, R. Lindner, H. Linton, R. Litvinov, D. Liu, F. L. Liu, G. Liu, K. Liu, S. Liu, W. Liu, Y. Liu, Y. Liu, Y. L. Liu, G. Loachamin Ordonez, I. Lobo, A. Lobo Salvia, A. Loi, T. Long, F. C. L. Lopes, J. H. Lopes, A. Lopez Huertas, C. Lopez Iribarnegaray, Q. Lu, C. Lucarelli, D. Lucchesi, M. Lucio Martinez, Y. Luo, A. Lupato, M. Lupberger, E. Luppi, K. Lynch, S. Lyu, X. -R. Lyu, H. Ma, S. Maccolini, F. Machefert, F. Maciuc, B. Mack, I. Mackay, L. M. Mackey, L. R. Madhan Mohan, M. J. Madurai, D. Magdalinski, J. J. Malczewski, S. Malde, L. Malentacca, G. Manca, G. Mancinelli, C. Mancuso, R. Manera Escalero, A. Mangalasseri, F. M. Manganella, D. Manuzzi, S. Mao, D. Marangotto, J. F. Marchand, R. Marchevski, U. Marconi, E. Mariani, S. Mariani, C. Marin Benito, J. Marks, A. M. Marshall, L. Martel, G. Martelli, G. Martellotti, L. Martinazzoli, M. Martinelli, D. Martinez Gomez, D. Martinez Santos, F. Martinez Vidal, A. Martorell i Granollers, A. Massafferri, R. Matev, A. Mathad, C. Matteuzzi, K. R. Mattioli, A. Mauri, E. Maurice, J. Mauricio, P. Mayencourt, J. Mazorra de Cos, M. Mazurek, D. Mazzanti Tarancon, M. McCann, N. T. McHugh, A. McNab, R. McNulty, B. Meadows, D. Melnychuk, D. Mendoza Granada, P. Menendez Valdes Perez, F. M. Meng, M. Merk, A. Merli, L. Meyer Garcia, D. Miao, H. Miao, M. Mikhasenko, D. A. Milanes, A. Minotti, E. Minucci, B. Mitreska, D. S. Mitzel, R. Mocanu, A. Modak, L. Moeser, R. D. Moise, E. F. Molina Cardenas, T. Mombächer, M. Monk, T. Monnard, S. Monteil, A. Morcillo Gomez, G. Morello, M. J. Morello, M. P. Morgenthaler, A. Moro, J. Moron, W. Morren, A. B. Morris, A. G. Morris, R. Mountain, Z. Mu, E. Muhammad, F. Muheim, M. Mulder, K. Müller, F. Muñoz-Rojas, V. Mytrochenko, P. Naik, T. Nakada, R. Nandakumar, G. Napoletano, I. Nasteva, M. Needham, N. Neri, S. Neubert, N. Neufeld, J. Nicolini, D. Nicotra, E. M. Niel, L. Nisi, Q. Niu, B. K. Njoki, P. Nogarolli, P. Nogga, C. Normand, J. Novoa Fernandez, G. Nowak, C. Nunez, H. N. Nur, A. Oblakowska-Mucha, T. Oeser, O. Okhrimenko, R. Oldeman, F. Oliva, E. Olivart Pino, M. Olocco, R. H. O'Neil, J. S. Ordonez Soto, D. Osthues, J. M. Otalora Goicochea, P. Owen, A. Oyanguren, O. Ozcelik, F. Paciolla, A. Padee, K. O. Padeken, B. Pagare, T. Pajero, A. Palano, L. Palini, M. Palutan, C. Pan, X. Pan, S. Panebianco, S. Paniskaki, L. Paolucci, A. Papanestis, M. Pappagallo, L. L. Pappalardo, C. Pappenheimer, C. Parkes, D. Parmar, G. Passaleva, D. Passaro, A. Pastore, M. Patel, J. Patoc, C. Patrignani, A. Paul, C. J. Pawley, A. Pellegrino, J. Peng, X. Peng, M. Pepe Altarelli, S. Perazzini, H. Pereira Da Costa, M. Pereira Martinez, A. Pereiro Castro, C. Perez, P. Perret, A. Perrevoort, A. Perro, M. J. Peters, K. Petridis, A. Petrolini, S. Pezzulo, J. P. Pfaller, H. Pham, L. Pica, M. Piccini, L. Piccolo, B. Pietrzyk, R. N. Pilato, D. Pinci, F. Pisani, M. Pizzichemi, V. M. Placinta, M. Plo Casasus, T. Poeschl, F. Polci, M. Poli Lener, A. Poluektov, I. Polyakov, E. Polycarpo, S. Ponce, D. Popov, K. Popp, K. Prasanth, C. Prouve, D. Provenzano, V. Pugatch, A. Puicercus Gomez, G. Punzi, J. R. Pybus, Q. Qian, W. Qian, N. Qin, R. Quagliani, R. I. Rabadan Trejo, R. Racz, J. H. Rademacker, M. Rama, M. Ramírez García, V. Ramos De Oliveira, M. Ramos Pernas, M. S. Rangel, G. Raven, M. Rebollo De Miguel, F. Redi, J. Reich, F. Reiss, Z. Ren, P. K. Resmi, M. Ribalda Galvez, R. Ribatti, G. Ricart, D. Riccardi, S. Ricciardi, K. Richardson, M. Richardson-Slipper, F. Riehn, K. Rinnert, P. Robbe, G. Robertson, E. Rodrigues, A. Rodriguez Alvarez, E. Rodriguez Fernandez, J. A. Rodriguez Lopez, E. Rodriguez Rodriguez, J. Roensch, A. Rogovskiy, D. L. Rolf, P. Roloff, V. Romanovskiy, A. Romero Vidal, G. Romolini, F. Ronchetti, T. Rong, M. Rotondo, M. S. Rudolph, M. Ruiz Diaz, R. A. Ruiz Fernandez, J. Ruiz Vidal, J. J. Saavedra-Arias, J. J. Saborido Silva, S. E. R. Sacha Emile R., D. Sahoo, N. Sahoo, B. Saitta, M. Salomoni, I. Sanderswood, R. Santacesaria, C. Santamarina Rios, M. Santimaria, L. Santoro, E. Santovetti, A. Saputi, A. Sarnatskiy, G. Sarpis, M. Sarpis, C. Satriano, A. Satta, M. Saur, H. Sazak, F. Sborzacchi, A. Scarabotto, S. Schael, S. Scherl, M. Schiller, H. Schindler, M. Schmelling, B. Schmidt, N. Schmidt, S. Schmitt, H. Schmitz, O. Schneider, A. Schopper, N. Schulte, M. H. Schune, G. Schwering, B. Sciascia, A. Sciuccati, G. Scriven, I. Segal, S. Sellam, T. Senger, M. Senghi Soares, A. Sergi, N. Serra, L. Sestini, B. Sevilla Sanjuan, Y. Shang, D. M. Shangase, R. S. Sharma, L. Shchutska, T. Shears, J. Shen, Z. Shen, S. Sheng, B. Shi, J. Shi, Q. Shi, W. S. Shi, E. Shmanin, R. Silva Coutinho, G. Simi, S. Simone, M. Singha, I. Siral, N. Skidmore, T. Skwarnicki, M. W. Slater, E. Smith, M. Smith, L. Soares Lavra, M. D. Sokoloff, F. J. P. Soler, A. Solomin, K. Solovieva, N. S. Sommerfeld, R. Song, Y. Song, Y. Song, Y. S. Song, F. L. Souza De Almeida, B. Souza De Paula, K. M. Sowa, E. Spadaro Norella, E. Spedicato, J. G. Speer, P. Spradlin, F. Stagni, M. Stahl, S. Stahl, S. Stanislaus, M. Stefaniak, O. Steinkamp, Y. Su, F. Suljik, J. Sun, J. Sun, L. Sun, D. Sundfeld, W. Sutcliffe, P. Svihra, V. Svintozelskyi, K. Swientek, F. Swystun, A. Szabelski, T. Szumlak, Y. Tan, Y. Tang, Y. T. Tang, M. D. Tat, J. A. Teijeiro Jimenez, F. Terzuoli, F. Teubert, E. Thomas, D. J. D. Thompson, A. R. Thomson-Strong, H. Tilquin, V. Tisserand, S. T'Jampens, M. Tobin, T. T. Todorov, L. Tomassetti, G. Tonani, X. Tong, T. Tork, L. Toscano, D. Y. Tou, C. Trippl, G. Tuci, N. Tuning, L. H. Uecker, A. Ukleja, D. J. Unverzagt, A. Upadhyay, B. Urbach, A. Usachov, U. Uwer, V. Vagnoni, A. Vaitkevicius, V. Valcarce Cadenas, G. Valenti, N. Valls Canudas, J. van Eldik, H. Van Hecke, E. van Herwijnen, C. B. Van Hulse, R. Van Laak, M. van Veghel, G. Vasquez, R. Vazquez Gomez, P. Vazquez Regueiro, C. Vázquez Sierra, S. Vecchi, J. Velilla Serna, J. J. Velthuis, M. Veltri, A. Venkateswaran, M. Verdoglia, M. Vesterinen, W. Vetens, D. Vico Benet, P. Vidrier Villalba, M. Vieites Diaz, X. Vilasis-Cardona, E. Vilella Figueras, A. Villa, P. Vincent, B. Vivacqua, F. C. Volle, D. vom Bruch, K. Vos, C. Vrahas, J. Wagner, J. Walsh, N. Walter, E. J. Walton, G. Wan, A. Wang, B. Wang, C. Wang, G. Wang, H. Wang, J. Wang, J. Wang, J. Wang, J. Wang, M. Wang, N. W. Wang, R. Wang, X. Wang, X. Wang, X. W. Wang, Y. Wang, Y. Wang, Y. H. Wang, Z. Wang, Z. Wang, J. A. Ward, M. Waterlaat, N. K. Watson, D. Websdale, Y. Wei, Z. Weida, J. Wendel, B. D. C. Westhenry, C. White, M. Whitehead, E. Whiter, A. R. Wiederhold, D. Wiedner, M. A. Wiegertjes, C. Wild, G. Wilkinson, M. K. Wilkinson, M. Williams, M. J. Williams, M. R. J. Williams, R. Williams, S. Williams, Z. Williams, F. F. Wilson, M. Winn, W. Wislicki, M. Witek, L. Witola, T. Wolf, E. Wood, G. Wormser, S. A. Wotton, H. Wu, J. Wu, X. Wu, Y. Wu, Z. Wu, K. Wyllie, S. Xian, Z. Xiang, Y. Xie, T. X. Xing, A. Xu, L. Xu, M. Xu, R. Xu, Z. Xu, Z. Xu, Z. Xu, S. Yadav, K. Yang, X. Yang, Y. Yang, Y. Yang, Z. Yang, Z. Yang, H. Yeung, H. Yin, X. Yin, C. Y. Yu, J. Yu, X. Yuan, Y Yuan, J. A. Zamora Saa, M. Zavertyaev, M. Zdybal, F. Zenesini, C. Zeng, M. Zeng, S. H Zeng, C. Zhang, D. Zhang, J. Zhang, L. Zhang, R. Zhang, S. Zhang, S. L. Zhang, Y. Zhang, Z. Zhang, Y. Zhao, A. Zhelezov, S. Z. Zheng, X. Z. Zheng, Y. Zheng, T. Zhou, X. Zhou, V. Zhovkovska, L. Z. Zhu, X. Zhu, X. Zhu, Y. Zhu, V. Zhukov, J. Zhuo, D. Zuliani, G. Zunica
البحث الأصلي مرخَّص بموجب CC BY 4.0 (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). ✨ هذا شرح مولَّده بالذكاء الاصطناعي للبحث أدناه. لم يكتبه المؤلفون ولم يصادقوا عليه. وللتحقق من الدقة التقنية، يرجى الرجوع إلى البحث الأصلي. اقرأ إخلاء المسؤولية الكامل
تخيل أن مصادم الهادونات الكبير (LHC) في سيرن (CERN) هو أقوى "محطم جسيمات" في العالم. فهو يأخذ حزمتين من البروتونات (لبنات البناء الصغيرة للمادة) ويصدمهما معاً بسرعة تقارب سرعة الضوء. وعندما تتصادم هذه الحزم، فإنها تولد شلالاً من الجسيمات الجديدة، بما في ذلك جسيم ثقيل قصير العمر يسمى "بوزون W".
هذه الورقة البحثية تشبه "تقرير درجات" عالي الدقة من تجربة LHCb، وهي إحدى الكواشف التي تراقب هذه التصادمات. وتحديداً، هم يراقبون كيفية تحلل بوزون W إلى "ميون" (وهو قريب ثقيل للإلكترون) ونيوترينو.
إليك تفصيل لما قاموا به ولماذا يهم ذلك، باستخدام بعض التشبيهات من الحياة اليومية:
١. السؤال الكبير: لماذا يوجد "يسار" أكثر من "اليمين"؟
في عالمنا المعتاد، تبدو الأشياء عادةً كما هي سواء نظرت إليها في المرآة أو لا. لكن في عالم الجسيمات دون الذرية، للطبيعة "جانب مفضل".
- التشبيه: تخيل مصنعاً ينتج كرات حمراء وزرقاء. المصنع يتكون من نوعين من العمال: عمال "الأعلى" (Up) وعمال "الأسفل" (Down). ولأن المصنع يحتوي على عدد أكبر من عمال "الأعلى" مقارنة بعمال "الأسفل"، فإنه ينتج بالصدفة كرات حمراء أكثر من الزرقاء.
- الفيزياء: تتكون البروتونات من كواركات. وتحديداً، تحتوي على اثنين من كواركات "الأعلى" وواحد من كواركات "الأسفل". عندما تصطدم البروتونات معاً، تكون كواركات "الأعلى" أكثر عرضة للتعاون معاً لتكوين بوزون W+ (الذي يتحلل إلى ميون موجب)، بينما تقوم كواركات "الأسفل" بتكوين بوزون W- (الذي يتحلل إلى ميون سالب).
- النتيجة: نظرًا لوجود المزيد من كواركات "الأعلى"، ينتج مصادم الهادونات الكبير (LHC) ميونات موجبة أكثر من الميونات السالبة، خاصة عندما تطير بزاوية محددة. هذا الاختلاف يسمى "عدم تماثل الشحنة" (Charge Asymmetry).
٢. العمل الاستقصائي: صيد الميونات
كاشف LHCb يشبه كاميرا عملاقة عالية السرعة تنظر في اتجاه واحد فقط (المنطقة الأمامية). لقد راقب العلماء ٥.١ مليار تصادم (والتي تمثل ٥.١ فيمتوبار عكسي من البيانات) جُمعت بين عامي ٢٠١٦ و٢٠١٨.
- المصفاة: لم ينظروا إلى كل ميون على حدة. بل وضعوا قواعد صارمة:
- يجب أن يكون الميون سريعاً بما يكفي (زخم عالٍ).
- يجب أن يطير بزاوية محددة (بين ٢.٠ و٤.٥ على مقياس يسمى "السرعة الزاوية الكاذبة" أو pseudorapidity).
- يجب أن يكون "نظيفاً" (غير محاط بالكثير من الحطام).
- العدّ: بعد عملية التصفية، قاموا بعدّ حوالي ٦.٣ مليون ميون موجب و ٤.٤ مليون ميون سالب.
٣. التحقق من "الوصفة": اختبار النظرية
لدى العلماء "كتاب وصفات" يوضح كيف ينبغي أن تتصرف هذه الجسيمات، بناءً على نظرية تسمى "الكروموديناميكا الكمومية" (QCD). وتعتمد هذه الوصفة على شيء يسمى "دوال توزيع البارتونات" (PDFs).
- الاستعارة: فكر في البروتون ليس ككرة صلبة، بل كـ حقيبة مزدحمة بالكرات الصغيرة (الكواركات والغلونات) التي تتحرك في الداخل. خرائط الـ PDFs هي خريطة تخبرك: "إذا مددت يدك داخل الحقيبة، فما هي فرصة أن تمسك بكرة حمراء مقابل كرة زرقاء؟"
- المشكلة: لفترة طويلة، كانت الخريطة ضبابية قليلاً في الاتجاه "الأمامي" (حيث ينظر كاشف LHCb).
- الاختبار: قام العلماء بقياس النسبة الفعلية للميونات الموجبة إلى السالبة وقارنوها بالتوقعات من كتاب الوصفات.
٤. النتيجة: تطابق مثالي
تشير الورقة البحثية إلى أن قياسهم هو الأكثر دقة على الإطلاق في هذا الاتجاه المحدد.
- النتيجة: طابقت البيانات الواقعية التوقعات النظرية بشكل مثالي تقريباً.
- لماذا يهم ذلك: هذا يؤكد أن "خريطتنا" للبروتون (الـ PDFs) دقيقة. فهي تخبرنا بالضبط كيف تتوزع الكواركات داخل البروتون.
- المستقبل: لو لم تتطابق البيانات مع النظرية، لكان ذلك اكتشافاً هائلاً يشير إلى وجود "فيزياء جديدة" (شيء لا نعرفه بعد). وبما أنها تطابقت، فهذا يعني أن فهمنا الحالي لبنات بناء الكون صلب، ولكن أصبح لدينا الآن خريطة أكثر حدة وتفصيلاً للتجارب المستقبلية.
ملخص في جملة واحدة
لقد عمل فريق LHCb كمحاسبين فائق الدقة، حيث قاموا بعدّ ملايين تصادمات الجسيمات لإثبات أن فهمنا الحالي لكيفية بناء البروتونات صحيح، مما أدى إلى صقل "خريطة" العالم دون الذري بدقة غير مسبوقة.
إليك ملخص تقني مفصل للورقة البحثية CERN-EP-2026-084 / LHCb-PAPER-2025-071، بعنوان "قياس دقيق لعدم تماثل شحنة الميون من اضمحلالات بوزون W في تصادمات البروتون-بروتون (pp) عند طاقة s=13 تريليون إلكترون فولت في المنطقة الأمامية."
1. المشكلة والدافع
يُعد إنتاج بوزونات W في تصادمات البروتون-بروتون ($pp)عمليةأساسيةلاختبارالنموذجالقياسيوتحديد∗∗دوالتوزيعالبارتونات(PDFs)∗∗.يتكونالبروتونمناثنينمنكواركاتuالتكافؤيةوكواركdواحدتكافئي.وبناءًعلىذلك،يكونإنتاجW^+(عبرu\bar{d})أكثرتكراراًمنإنتاجW^-(عبرd\bar{u}$) في مصادم الهادرونات الكبير (LHC).
يخلق هذا عدم التوازن عدم تماثل شحنة الميون (A) قابلاً للقياس في توزيع الـ pseudorapidity (ημ) لليبتونات الناتجة عن الاضمحلال.
- الهدف العلمي: تُعد القياسات الدقيقة لعدم التماثل هذا ضرورية لعمليات الملاءمة العالمية لـ PDFs، لا سيما لتحديد نسبة توزيعات كواركات u و d ومكونات بحر الكواركات الخفيفة.
- الفجوة: بينما قامت تجارب ATLAS و CMS بقياس ذلك في المنطقة المركزية، فإن المنطقة الأمامية (2<η<5) توفر حساسية فريدة لـ PDFs عند كل من قيم Bjorken-x الصغيرة والكبيرة (10−4<x<10−1). افتقرت قياسات LHCb السابقة إلى الدقة والقدرة على التمييز التي يتميز بها طقم البيانات الحالي.
2. المنهجية
عينة البيانات والكاشف
- مجموعة البيانات: بيانات جُمعت بواسطة كاشف LHCb خلال فترة التشغيل الثانية (Run 2) للأعوام (2016، 2017، 2018) عند طاقة مركز الكتلة s=13 تريليون إلكترون فولت.
- اللمعان المتكامل: 5.1 fb−1.
- المنطقة الكينماتيكية: ميونات بـ pT تتراوح بين 25<pT<55 GeV و ημ يتراوح بين 2.0<ημ<4.5.
- الكاشف: LHC-b هو مطياف أمامي أحادي الذراع، مُحسّن لهذا النطاق الكينماتيكي المحدد.
اختيار الأحداث وإعادة البناء
- الإشارة: اضمحلالات W→μν المُعاد بناؤها.
- معايير الاختيار:
- زخم الميون pμ<2 تريليون إلكترون فولت.
- عدم يقين في زخم الميون النسبي <6%.
- ينشأ من الرأس الأولي (PV) مع جودة جيدة لملاءمة المسار.
- العزل (Isolation): يجب أن يكون مجموع pT للجسيمات الأخرى ضمن ΔR<0.5 أقل من $3$ GeV.
- حجب Z (Z-veto): تُرفض الأحداث التي تحتوي على ميونات ثانوية تتوافق مع Z→μμ.
- المردودات: تم الاحتفاظ بحوالي 6.3×106 من مرشحي W+ و 4.4×106 من مرشحي W−، بنقاوة بلغت ∼85% و ∼80% على التوالي.
تقدير الخلفية
- الخلفية المهيمنة: هادرونات أُسيء التعرف عليها كميونات (خلفية QCD).
- خلفيات أخرى: الهادرونات الثقيلة (bbˉ,ccˉ,ttˉ) والعمليات الكهروضعيفة (W→τν,Z→μμ,WW, إلخ).
- النمذماذج: تُقدر الخلفيات باستخدام عينات محاكاة تمت معايرتها ببيانات Z→μμ. يُستخدم نسبة توزيعات pT بين البيانات والمحاكاة لإعادة وزن الأحداث لتتطابق مع التركيب الهادروني المرصود.
تقنية التحليل
- استخراج الإشارة: يتم إجراء ملاءمة احتمالية مجزأة (binned likelihood fit) بشكل منفصل لـ W+ و W− في 18 فاصلًا لـ ημ.
- كسور الإشارة وخلفية QCD هي بارامترات حرة.
- كسور العمليات الكهروضعيفة والهادرونية الثقيلة ثابتة بناءً على تنبؤات النظرية.
- يتم التعامل مع عدم اليقين الإحصائي في القوالب (templates) عبر منهجية Beeston–Barlow lite.
- تصحيحات الكفاءة:
- تُحدد باستخدام طريقة الوسم والاختبار (tag-and-probe) على عينات Z→μμ و Υ(1S)→μμ.
- تُجزأ إلى كفاءات التتبع، وتحديد الهوية للميون (ID)، وكفاءات الزناد (trigger).
- تُطبق التصحيحات كأوزان في 18 حيزًا لـ ημ مع بارامترات pT مستقلة.
- التصحيحات المنهجية:
- انحياز الشحنة (Charge Bias): يتم تصحيحه باستخدام طريقة الكتلة الزائفة (pseudomass method) مع بيانات Z→μμ لإزالة انحيازات الانحناء.
- إشعاع الحالة النهائية (FSR): تُطبق تصحيحات إشعاع الحالة النهائية باستخدام Photos.
- وزن المحاكاة: يتم وزن أحداث Pythia ذات الرتبة الأولى (leading-order) لتصل إلى حسابات NNLO من DYTurbo لأخذ تأثيرات QCD من الرتب العليا في الاعتبار.
3. المساهمات الرئيسية
- دقة غير مسبوقة: يمثل هذا العمل أدق تحديد لعدم تماثل شحنة الميون في المنطقة الأمامية حتى الآن.
- القدرة على التمييز (Granularity): يستخدم القياس 18 حيزًا في الـ pseudorapidity، مما يوفر قدرة تمييز أدق بكثير من نتائج LHCb السابقة.
- ميزانية شاملة لعدم اليقين: يوفر التحليل تفصيلًا كاملاً لعدم اليقين المنهجي (إعادة البناء، نمذجة المولد، التلطيخ/smearing، الاختيار، خلفية QCD، و FSR) ويقدم مصفوفة التباين الكاملة (full covariance matrix) لعمليات ملاءمة الـ PDF المستقبلية.
- التحقق من صحة NNLO QCD: تعمل النتائج كاختبار صارم لتنبؤات الحسابات الاضطرابية من الرتبة التالية التالية (NNLO) في النطاق الكينماتيكي الأمامي.
4. النتائج
- القياس: تم قياس عدم التماثل الشحني A(ημ) عبر النطاق 2.0<ημ<4.5.
- يكون عدم التماثل موجبًا في نطاق η المنخفض (يصل لذروته عند η≈2.6) ويصبح سالبًا عند η المرتفع (يصل إلى ≈−177×10−3 عند 4.25<η<4.5).
- تتراوح القيم من حوالي 261×10−3 إلى −177×10−3.
- المقارنة مع النظرية:
- تمت مقارنة النتائج بتنبؤات Powheg (باستخدام PDFs من نوع CT18) و ResBos 2 (باستخدام PDFs من نوع MSHT20, NNPDF40, و CT18).
- الاتفاق: تُظهر القيم المقاسة اتفاقًا ممتازًا مع تنبؤات NNLO QCD.
- تحليل عدم اليقين:
- عدم اليقين التجريبي (الإحصائي + المنهجي) يقارب في المقدار عدم اليقين النظري الناتج عن مجموعات الـ PDF (مثل MSHT20, NNPDF40, CT18) وتغيرات المقياس (scale variations).
- يشير هذا إلى أن القياس أصبح الآن دقيقًا بما يكفي لتقييد وتحسين عمليات ملاءمة الـ PDF العالمية بشكل ملموس.
5. الأهمية
- قيود الـ PDF: توفر بيانات المنطقة الأمامية عالية الدقة قيودًا حاسمة على دوال توزيع كواركات التكافؤ و بحر الكواركات الخفيفة في نطاق Bjorken-x الممتد من 10−4 إلى 10−1. وهذا يكمل قياسات الكواشف المركزية (ATLAS/CMS) التي تستكشف نطاقات x مختلفة.
- البحث عن فيزياء جديدة: يقلل تحسين المعرفة بالـ PDF من عدم اليقين النظري في تنبؤات النموذج القياسي، وهو شرط مسبق للبحث الحساس عن الفيزياء الجديدة (New Physics) في LHC.
- التأثير المستقبلي: يسمح إصدار مصفوفة التباين الكاملة وتصحيحات FSR لمجموعات ملاءمة الـ PDF العالمية (مثل NNPDF, MSHT, CT) بدمج هذه المجموعة من البيانات مباشرة، مما يؤدي إلى نماذج أكثر دقة لبنية البروتون لتجارب الفيزياء عالية الطاقة المستقبلية.
باختصار، ترسي هذه الورقة معيارًا جديدًا لفيزياء بوزون W في المنطقة الأمامية، مما يثبت أن LHCb يمكنه تقديم قياسات دقيقة تضاهي الكواشف المركزية في مجالها الكينماتيكي المحدد، مما يعزز بشكل كبير فهمنا لبنية البروتون.
غارق في أبحاث مجالك؟
تصلك نشرة يومية بأحدث الأبحاث المطابقة لكلماتك البحثية المفتاحية — مع ملخصات تقنية، بلغتك.
تصلك أفضل أبحاث high-energy experiments كل أسبوع.
يحظى بثقة باحثين في ستانفورد وكامبريدج والأكاديمية الفرنسية للعلوم.
تفقّد بريدك لتأكيد الاشتراك.
حدث خطأ ما. تعيد المحاولة؟
لا رسائل مزعجة، ويمكنك إلغاء الاشتراك متى شئت.