Search for anomalous couplings in WW and WZ production with single-lepton final states in proton-proton collisions at = 13 TeV
Met behulp van 138 fb aan 13 TeV proton-proton botsingsdata van het CMS-experiment beperkt deze studie anomale drievoudige gaugeboson- en vectorboson-quarkkoppelingen via een effectieve veldentheorie-benadering in WW- en WZ-productie met single-lepton eindtoestanden, waarbij de meest strikte beperkingen tot nu toe op drievoudige gaugekoppelingen worden bereikt door te focussen op hoogenergetische hadronische vervallen gereconstrueerd als groot-radius jets.
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 is gebouwd op een reeks regels die natuurkundigen het Standaardmodel noemen. Dit kader fungeert als een periodiek systeem voor de fundamentele deeltjes waaruit alles is opgebouwd wat we zien, van de lucht die we inademen tot de sterren boven ons. Het beschrijft hoe deze deeltjes met elkaar interageren via krachten die worden gedragen door andere deeltjes, zoals het foton voor licht of de W- en Z-bosonen voor de zwakke kernkracht. Decennialang is dit model ongelooflijk succesvol geweest en heeft het experimentele resultaten met verbazingwekkende precisie voorspeld. Toch is het incompleet. Het kan verschijnselen zoals donkere materie of de vraag waarom er meer materie dan antimaterie in het universum is, niet verklaren. Wetenschappers vermoeden dat er zwaardere, verborgen deeltjes of nieuwe krachten wachten om ontdekt te worden, maar deze zouden te massief kunnen zijn om direct te creëren in onze huidige machines. In plaats van deze zware deeltjes rechtstreeks te zoeken, kijken onderzoekers vaak naar subtiele rimpelingen die ze kunnen achterlaten in het gedrag van bekende deeltjes, vergelijkbaar met het opmerken van een zwaar passerend schip door te kijken naar het kielzog dat het achterlaat op het water.
Om deze rimpelingen te vinden, laten natuurkundigen bij de Large Hadron Collider in Zwitserland protonen tegen elkaar aan botsen met bijna de snelheid van het licht. In een recente studie analyseerde de CMS-collaboratie gegevens van deze botsingen om afwijkingen te zoeken in de manier waarop paren van W- en Z-bosonen worden geproduceerd. Deze bosonen zijn zware dragers van de zwakke kracht, en wanneer ze samen worden gecreëerd, zouden ze volgens het Standaardmodel op een zeer specifieke manier moeten reageren. De onderzoekers concentreerden zich op een specifiek scenario waarbij één van deze bosonen vervalt in een geladen deeltje, zoals een elektron of een muon, en een neutrino, terwijl de andere boson vervalt in een straal van deeltjes die samensmelten tot één enkele, grote, energetische klomp. Door de energie en de richting van deze botsingen te onderzoeken, kon het team testen of de interacties tussen deze bosonen overeenkwamen met de voorspellingen van het Standaardmodel of dat ze tekenen vertoonden van nieuwe fysica.
Het team onderzocht een enorme collectie gegevens die overeenkomt met 138 inverse femtobarn aan botsingen, een volume aan informatie dat de meest uitgebreide blik op dit specifieke proces tot nu toe vertegenwoordigt. Omdat de signalen waar ze naar zochten het meest zichtbaar zouden zijn bij zeer hoge energieën, richtten de onderzoekers hun zoektocht op de meest energetische gebeurtenissen, waarbij de bosonen zo snel bewegen dat hun vervalproducten dicht op elkaar worden geperst. In deze hogesnelheidsbotsingen verspreiden de deeltjes van de tweede boson zich niet in aparte stromen, maar smelten ze samen tot één grote jet. Om deze zeldzame, hoogenergetische signalen te onderscheiden van de overweldigende achtergrond van gewone deeltjesbotsingen, maakte het team gebruik van een geavanceerd machine learning-instrument. Dit instrument werkt als een hooggetraind oog dat de interne structructuur van de grote jets analyseert om te bepalen of ze afkomstig zijn van een vervallende W- of Z-bos of van een gangbaar achtergrondproces.
Na het zorgvuldig filteren van de gegevens en het verwijderen van gebeurtenissen die waarschijnlijk werden veroorzaakt door bekende achtergrondprocessen, zoals de productie van topquarks, vergeleken de onderzoekers hun waarnemingen met de voorspellingen van het Standaardmodel. Ze vonden dat het aantal gebeurtenissen en hun energieverdeling bijna perfect overeenkwamen met de voorspellingen van het Standaardmodel. Er was geen bewijs voor de vreemde afwijkingen die zouden duiden op de aanwezigheid van nieuwe, zware deeltjes of gewijzigde krachten. Dit resultaat stelt wetenschappers in staat om strikte grenzen te stellen aan hoeveel het gedrag van deze bosonen kan afwijken van de gevestigde theorie. Ze berekenden dat als er nieuwe fysica bestaat in dit gebied, de effecten ervan uiterst klein moeten zijn, beperkt tot energieschalen die ver buiten het directe bereik van de huidige collider liggen.
De studie testte ook een specifiek wiskundig kader dat effectieve veldentheorie wordt genoemd, waarmee wetenschappers de potentiële invloed van onbekende zware deeltjes kunnen beschrijven zonder precies te hoeven weten wat die deeltjes zijn. Door de gegevens door deze lens te analyseren, beperkten de onderzoekers de mog 아닌 mogelijke waarden van de parameters die deze hypothetische nieuwe interacties zouden beschrijven. De grenzen die zij stelden zijn de meest strikte tot nu toe voor bepaalde typen interacties tussen de W- en Z-bosonen, waardoor een breed scala aan theoretische modellen die grotere afwijkingen voorspelden, effectief wordt uitgesloten. Terwijl de zoektocht naar nieuwe fysica voortduurt, bevestigt dit werk dat het Standaardmodel robuust blijft, zelfs onder de extreme omstandigheden van hoogenergetische botsingen, en verkleint het het pad voor toekomstige ontdekkingen door wetenschappers precies te vertellen waar ze niet moeten zoeken.
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.