Ученые Европейской организации ядерных исследовательских работ CERN, работающие на Большенном Адроном Коллайдере в рамках опыта ATLAS, объявили о получении убедительных доказательств того, что время от времени в итоге столкновений протонов могут создаваться сходу четыре настоящих кварка. Это очень редчайшее явление, согласно Обычной модели физики простых частиц, оно может происходить один раз из 70 тыщ случаев, когда в итоге столкновений появляются пары настоящих кварков. И естественно, что такие редчайшие действия очень тяжело выделить из общего фона, создаваемого иными и уже издавна известными действиями.
Настоящий кварк — это самая мощная из простых частиц Обычной модели, ее масса начинается на уровне 173 ГэВ, что эквивалентно массе 1-го атома золота. Но, в отличие от атома такого же золота, настоящий кварк получает свою огромную массу из-за взаимодействий с полями Хиггса. И когда в итоге столкновений образуются сходу четыре настоящих кварка, они образуют нечто вроде квазичастицы либо малеханькой области с энергией практически в 700 ГэВ. А таковой уровень энергонасыщенности является безупречной средой для поисков новейших частиц либо новейших областей физики, выходящих за рамки Обычной модели. Это и сделалось предпосылкой завышенного энтузиазма к данным событиям со стороны ученых, ведь роль в их неведомых частиц либо областей физики обязано приводить к большей частоте возникновения 4 настоящих кварков, чем теоретическая частота, определяемая Обычной моделью.
Во время поисков 4 настоящих кварков ученые употребляли более полный набор данных LHC Run-2, собранный на коллайдере за период с 2015 по 2018 год. Обычно предстоящая судьба 4 настоящих кварков такая — они порождают четыре W-бозона и четыре джета (узенькие фокусированные пучки), состоящие из частиц, результатов мгновенного распада нижних кварков. Опосля этого наступает очередь распада W-бозонов, в итоге которых получаются один заряженный лептон (электрон, мюон либо тау-лептон) и частичка нейтрино. И на заключительном шаге тау-лептоны распадаются на наиболее легкие лептоны и доп частички нейтрино.
В собственных поисках ученые сосредоточились на событиях, в каких бытуют столкновения, приводящие к возникновению в конце 2-ух либо 3-х лептонов. Невзирая на то, что на долю таковых событий приходится всего 12 процентов от общего числа случаев возникновения 4 настоящих кварков, подписи этих событий еще легче выделить из фона всех происходящих действий, регистрируемых датчиком ATLAS. И даже в таковых критериях ученым пришлось придумать и воплотить довольно сложные процедуры выделения интересующих их данных из всего имеющегося набора.
В итоге долговременной математической обработки массива данных физики получили многомерный дискриминант (дерево решений), каждой ветвью которого являлись действия определенного рода, энергии, угловые моменты и остальные характеристики участвующих в этих событиях частиц. Отметим, что большая часть веток этого дерева решений, в каких фигурировали W-бозоны, Z-бозоны, бозоны Хиггса либо одиночные настоящие кварки, фактически совпадали с ветвями подобного дерева, построенного учеными тестов ATLAS и CMS во время поисков случаев редчайшего распада бозона Хиггса на фотон и Z-бозон.
Проведя доп математическое моделирование, которое позволило исключить либо принять в расчет некие спорные случаи, ученые получили величину, отражающую частоту появления 4 настоящих кварков, которое было равно 24 +7-6 fb. Это полностью согласовывается с прогнозами Обычной модели, которая дает величину в 12 fb. Приобретенные учеными результаты имеет уровень обычного отличия (достоверности) в 4.3 сигма, что является уже довольно убедительным, но не окончательным подтверждением, для которого, как понятно, требуется уровень в 5 сигма.
И ученые уповают, что данные, которые будут собраны во время последующего периода работы Огромного Адронного Коллайдера, дозволят им получить огромную точность конечных результатов их расчетов, которая, в свою очередь, обеспечит уровень достоверности, достаточный для признания всего этого научным открытием.
Источник:
