Measurement of the Z production cross section and search for anomalous neutral triple gauge couplings in pp collisions at = 13 TeV
Met behulp van 138 fb aan proton-proton botsingsgegevens bij = 13 TeV verzameld door het CMS-experiment, meet deze studie de fiduciale doorsnede voor Z-productie met een hoog- foton en de Z-boson die vervalt naar neutrino's, waarbij resultaten worden gevonden die consistent zijn met het Standaardmodel terwijl de tot nu toe strengste limieten op anomale neutrale triple gauge-koppelingen worden vastgesteld.
Oorspronkelijk artikel gelicentieerd onder CC BY 4.0 (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). Dit is een AI-gegenereerde uitleg van het onderstaande artikel. Het is niet geschreven of goedgekeurd door de auteurs. Raadpleeg het oorspronkelijke artikel voor technische nauwkeurigheid. Lees de volledige disclaimer
Het universum wordt bijeen gehouden door een reeks onzichtbare regels die dicteren hoe deeltjes met elkaar interageren. Natuurkundigen noemen deze regels het Standaardmodel, een theorie die decennialang het gedrag van materie succesvol heeft voorspeld. Binnen dit kader worden bepaalde krachten gedragen door deeltjes die bosonen worden genoemd. Soms kunnen deze bosonen met elkaar interageren, maar het Standaardmodel stelt strikte grenzen aan hoe zij dat kunnen doen. Specifiek voorspelt het dat drie neutrale deeltjes — deeltjes zonder elektrische lading — nooit in één enkel punt samen zouden mogen komen om direct te interageren. Als een dergelijke interactie zou worden waargenomen, zou dit betekenen dat de huidige regels incompleet zijn en dat er nieuwe, onbekende fysica in het spel is. Deze mogelijkheid is wat onderzoekers drijft om te zoeken naar "anomale" interacties, of onverwachte afwijkingen van het voorspelde gedrag, in de hoogenergetische botsingen van deeltjesversnellers.
Een team wetenschappers dat werkt met het CMS-experiment bij CERN's Large Hadron Collider heeft onlangs een nauwkeurige zoektocht uitgevoerd naar deze verboden interacties. Ze richtten zich op een specifiek evenement waarbij een Z-boson, een zware drager van de zwakke kernkracht, wordt geproduceerd samen met een hoogenergetisch foton, een lichtdeeltje. In het Standaardmodel wordt dit paar via een goed begrepen proces gecreëerd, maar als er nieuwe fysica bestaat, zouden de deeltjes op een manier kunnen interageren die hun energie verhoogt of verandert hoe vaak ze voorkomen. De onderzoekers analyseerden gegevens van proton-protonbotsingen die plaatsvonden tussen 2016 en 2018, een periode die een enorme dataset opleverde die gelijk staat aan 138 inverse femtobarn aan geïntegreerde luminositeit. Om deze zeldzame gebeurtenissen op te sporen, zochten ze naar een signatuur die moeilijk te missen is: een enkel, zeer energierijk foton vergezeld door een grote hoeveelheid ontbrekende energie. Deze ontbrekende energie is een kenmerkend teken dat een Z-boson is vervallen in twee neutrino's, deeltjes die door de detector passeren zonder een spoor achter te laten, waardoor ze momentum meevoeren dat de machine niet direct kan meten.
Het team identificeerde duizenden van deze gebeurtenissen en filterde de achtergrondruis van andere deeltjesbotsingen die het signaal zouden kunnen nabootsen. Ze maten de snelheid waarmee deze Z-boson en fotonparen werden geproduceerd en vergeleken dit met de meest geavanceerde beschikbare theoretische voorspellingen. Het resultaat was een meting van de productiedoorsnedesectie, die in essentie beschrijft hoe groot de kans is dat dit evenement plaatsvindt, van 23,3 femtobarn. Deze waarde komt nauw overeen met de voorspelling van het Standaardmodel en valt ruim binnen het bereik van de verwachte statistische fluctuaties. De onderzoekers onderzochten ook de energieverdeling van de fotonen, waarbij ze zochten naar plotselinge pieken of verschuivingen die de aanwezigheid van nieuwe krachten zouden kunnen aangeven. De gegevens volgden de vloeiende curve die door de gevestigde theorie wordt voorspeld, en vertoonden geen bewijs van de anomale interacties die op nieuwe fysica zouden wijzen.
Omdat de gegevens zo nauw overeenkwamen met de standaardvoorspellingen, konden de wetenschappers zeer strikte grenzen stellen aan de existentie van de verboden interacties waar ze naar op zoek waren. Ze berekenden de maximale sterkte die een dergelijke nieuwe interactie zou kunnen hebben zonder in strijd te zijn met hun waarnemingen. Voor de specifieke soorten interacties die een fundamentele symmetrie genaamd CP-symmetrie behouden, bepaalde de studie dat elke afwijking van het Standaardmodel kleiner moet zijn dan enkele delen per tienduizend. Deze limieten zijn de meest strikte beperkingen tot nu toe op deze specifieke parameters, en sluiten hiermee een breed scala aan theoretische modellen uit die sterkere effecten voorspelden. Hoewel de zoektocht niet de nieuwe fysica vond die zij zochten, bevestigt de precisie van de meting dat het Standaardmodel robuust blijft, zelfs op de hoogste energieniveaus die momenteel toegankelijk zijn voor de mensheid. Het werk staat als een testament voor de kracht van grootschalige experimenten om de grenzen van ons begrip van het universum te testen.
Verdrinkt u in papers in uw vakgebied?
Ontvang dagelijkse digests van de nieuwste papers die bij uw onderzoekswoorden passen — met technische samenvattingen, in uw taal.