Search for anomalous couplings in WW and WZ production with single-lepton final states in proton-proton collisions at = 13 TeV
CMS प्रयोग के 13 TeV प्रोटॉन-प्रोटॉन टक्कर डेटा के 138 fb का उपयोग करते हुए, यह अध्ययन WW और WZ उत्पादन में सिंगल-लेप्टॉन फाइनल स्टेट्स के माध्यम से एक प्रभावी क्षेत्र सिद्धांत (इफेक्टिव फील्ड थ्योरी) दृष्टिकोण का उपयोग करके विसंगत ट्रिपल गेज बोसॉन और वेक्टर बोसॉन-क्वार्क कपलिंग्स को सीमित करता है, जो उच्च-ऊर्जा वाले हैड्रोनिक क्षय (decays) को बड़े-त्रिज्या वाले जेट्स के रूप में पुनर्गठित करने पर ध्यान केंद्रित करके ट्रिपल गेज कपलिंग्स पर अब तक के सबसे कड़े प्रतिबंध प्राप्त करता है।
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ब्रह्मांड नियमों के एक समूह पर बना है जिसे भौतिक विज्ञानी 'स्टैंडर्ड मॉडल' कहते हैं। यह ढांचा उन मौलिक कणों के लिए एक आवर्त सारणी (पीरियोडिक टेबल) की तरह कार्य करता है जिनसे हवा से लेकर ऊपर चमकते सितारों तक, सब कुछ बना है। यह वर्णन करता है कि ये कण अन्य कणों द्वारा ले जाए जाने वाले बलों के माध्यम से कैसे परस्पर क्रिया करते हैं, जैसे कि प्रकाश के लिए फोटॉन या दुर्बल परमाणु बल (वीक न्यूक्लियर फोर्स) के लिए W और Z बोसॉन। दशकों से, यह मॉडल अविश्वसनीय रूप से सफल रहा है, जिसने प्रयोगात्मक परिणामों की सटीक भविष्यवाणी की है। फिर भी, यह अपूर्ण है। यह डार्क मैटर जैसी घटनाओं या यह क्यों कि ब्रह्मांड में पदार्थ (मैटर) से अधिक प्रतिपदार्थ (एंटीमैटर) क्यों है, इसकी व्याख्या नहीं कर सकता। वैज्ञानिकों को संदेह है कि वहां भारी, छिपे हुए कण या नए बल खोजे जाने की प्रतीक्षा कर रहे हैं, लेकिन वे हमारी वर्तमान मशीनों में सीधे तौर पर उत्पन्न होने के लिए बहुत भारी हो सकते हैं। इन भारी कणों को सीधे खोजने के बजाय, शोधकर्ता अक्सर उन सूक्ष्म लहरों (रिपल्स) की तलाश करते हैं जो ज्ञात कणों के व्यवहार में पीछे छोड़ सकते हैं, ठीक वैसे ही जैसे पानी पर छोड़ी गई लहरों (वेक) को देखकर किसी भारी नाव के गुजरने का पता लगाना।
इन लहरों को खोजने के लिए, स्विट्जरलैंड में लार्ज हैड्रोन कोलाइडर में भौतिक विज्ञानी प्रोटॉन को लगभग प्रकाश की गति से आपस में टकराते हैं। एक हालिया अध्ययन में, CMS सहयोग ने W और Z बोसॉन के जोड़ों के उत्पादन में विचलन की तलाश करने के लिए इन टक्करों के डेटा का विश्लेषण किया। ये बोसॉन दुर्बल बल के भारी वाहक हैं, और जब वे एक साथ उत्पन्न होते हैं, तो उन्हें स्टैंडर्ड मॉडल के अनुसार एक बहुत ही विशिष्ट तरीके से व्यवहार करना चाहिए। शोधकर्ताओं ने एक विशेष परिदृश्य पर ध्यान केंद्रित किया जहाँ इनमें से एक बोसॉन एक आवेशित कण, जैसे इलेक्ट्रॉन या म्यूऑन, और एक न्यूट्रिनो में क्षय (डिके) होता है, जबकि दूसरा बोसॉन कणों के एक ऐसे समूह में क्षय होता है जो एक एकल, बड़े, ऊर्जावान पुंज (क्लंप) में मिल जाते हैं। इन टक्करों की ऊर्जा और दिशा का परीक्षण करके, टीम यह देख सकती थी कि क्या इन बोसॉनों के बीच की अंतःक्रियाएं स्टैंडर्ड मॉडल की भविष्यवाणियों से मेल खाती हैं या क्या वे नई भौतिकी के संकेत दिखाती हैं।
टीम ने 138 इन्वर्स फेम्टोबार्न (inverse femtobarns) की टक्करों के अनुरूप डेटा के एक विशाल संग्रह का परीक्षण किया, जो सूचना का एक ऐसा आयतन है जो इस विशिष्ट प्रक्रिया के लिए अब तक के सबसे व्यापक दृष्टिकोण का प्रतिनिधित्व करता है। क्योंकि वे संकेत जिन्हें वे खोज रहे थे, वे बहुत उच्च ऊर्जा पर सबसे अधिक दृश्यमान होंगे, इसलिए शोधकर्ताओं ने सबसे ऊर्जावान घटनाओं पर ध्यान केंद्रित किया, जहाँ बोसॉन इतनी तेजी से चलते हैं कि उनके क्षय उत्पाद एक साथ सिमट जाते हैं। इन उच्च-गति वाली टक्करों में, दूसरे बोसॉन से निकलने वाले कण अलग-अलग धाराओं में फैलने के बजाय एक एकल, बड़े जेट में मिल जाते हैं। इन दुर्लभ, उच्च-ऊर्जा संकेतों को सामान्य कण टकरावों के भारी बैकग्राउंड से अलग करने के लिए, टीम ने एक परिष्कृत मशीन-लर्निंग टूल का उपयोग किया। यह टूल एक अत्यधिक प्रशिक्षित आंख की तरह कार्य करता है, जो बड़े जेट की आंतरिक संरचना का विश्लेषण करता है ताकि यह निर्धारित किया जा सके कि वे क्षय होते हुए W या Z बोसॉन से उत्पन्न हुए हैं या किसी सामान्य बैकग्राउंड प्रक्रिया से।
डेटा को सावधानीपूर्वक फिल्टर करने और उन घटनाओं को हटाने के बाद जो संभवतः ज्ञात बैकग्राउंड प्रक्रियाओं, जैसे कि टॉप क्वार्क के उत्पादन के कारण हुई थीं, शोधकर्ताओं ने अपने प्रेक्षणों की तुलना स्टैंडर्ड मॉडल की भविष्यवाणियों से की। उन्होंने पाया कि घटनाओं की संख्या और उनका ऊर्जा वितरण स्टैंडर्ड मॉडल की भविष्यवाणियों से लगभग पूरी तरह मेल खाता है। वहां अजीब विचलन का कोई प्रमाण नहीं मिला जो नए, भारी कणों या संशोधित बलों की उपस्थिति का संकेत दे सके। यह परिणाम वैज्ञानिकों को इस बात पर कड़े प्रतिबंध लगाने की अनुमति देता है कि इन बोसॉनों का व्यवहार स्थापित सिद्धांत से कितना भिन्न हो सकता है। उन्होंने गणना की कि यदि इस क्षेत्र में नई भौतिकी मौजूद है, तो इसके प्रभाव अविश्वसनीय रूप से छोटे होने चाहिए, जो वर्तमान कोलाइडर की सीधी पहुंच से कहीं अधिक ऊर्जा स्तरों तक सीमित हैं।
अध्ययन ने 'इफेक्टिव फील्ड थ्योरी' नामक एक विशिष्ट गणितीय ढांचे का भी परीक्षण किया, जो वैज्ञानिकों को अज्ञात भारी कणों के संभावित प्रभाव का वर्णन करने की अनुमति देता है बिना यह जाने कि वे कण वास्तव में क्या हैं। इस लेंस के माध्यम से डेटा का विश्लेषण करके, शोधकर्ताओं ने उन काल्पनिक नई अंतःक्रियाओं के मापदंडों (पैरामीटर्स) के संभावित मूल्यों को सीमित किया। उन्होंने जो सीमाएं तय की हैं, वे निश्चित प्रकार के W और Z बोसॉन के बीच की अंतःक्रियाओं के लिए अब तक के सबसे कड़े मानक हैं, जो उन व्यापक सैद्धांतिक मॉडलों को प्रभावी रूप से खारिज करते हैं जो बड़े विचलन की भविष्यवाणी करते थे। जबकि नई भौतिकी की खोज जारी है, यह कार्य पुष्टि करता है कि स्टैंडर्ड मॉडल उच्च-ऊर्जा टक्करों की चरम स्थितियों के तहत भी मजबूत बना हुआ है, जिससे वैज्ञानिकों को यह बताकर कि कहाँ नहीं देखना है, भविष्य की खोजों का मार्ग संकुचित किया गया है।
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