Les physiciens du CERN observent une triple production de bosons W physiques

Des physiciens de la collaboration ATLAS au Grand collisionneur de hadrons (LHC) du CERN ont observé un processus appelé production de W-Bosons : la création simultanée de trois bosons W massifs dans des collisions proton-proton à haute énergie.

Représentation d'un événement candidat WWW 3 leptons + neutrinos ; l'événement est identifié par sa désintégration en un muon (ligne rouge), deux électrons (lignes bleues) et une énergie transversale manquante (ligne pointillée blanche). Crédit image : CERN.

Représentation d’un événement candidat WWW 3 leptons + neutrinos ; l’événement est identifié par sa désintégration en un muon (ligne rouge), deux électrons (lignes bleues) et une énergie transversale manquante (ligne pointillée blanche). Crédit image : CERN.

Le boson W, nommé d’après la force faible, joue un rôle crucial dans la vérification du modèle standard de la physique des particules.

Bien qu’il ait été découvert il y a près de quarante ans, il continue de fournir aux physiciens de nouvelles pistes d’exploration.

“Les mesures de la production de multiples bosons électrofaibles au LHC constituent un test important du modèle standard”, a déclaré Jessica Metcalfe, physicienne au Laboratoire national d’Argonne et membre de la collaboration ATLAS.

“Ils sont sensibles aux propriétés des auto-interactions électrofaible-boson et constituent un test de la théorie électrofaible et de la chromodynamique quantique perturbative.”

Le boson W, qui est l’une des particules élémentaires connues les plus lourdes, peut se désintégrer de plusieurs manières différentes.

Les physiciens d’ATLAS ont concentré leurs recherches sur les quatre modes de désintégration du boson W qui présentent le meilleur potentiel de découverte en raison de leur nombre réduit d’événements de fond.

Dans trois de ces modes, deux bosons W se désintègrent en leptons chargés (électrons ou muons), portant la même charge positive ou négative, et en neutrinos, tandis que le troisième boson W se désintègre en une paire de quarks légers.

Dans le quatrième mode de désintégration, les trois bosons W se désintègrent en un lepton chargé et un neutrino.

Les chercheurs ont analysé l’ensemble des données du Run-2 du LHC, enregistrées par le détecteur entre 2015 et 2018.

Ils ont analysé environ 20 milliards d’événements de collision enregistrés et pré-filtrés par l’expérience ATLAS dans leur recherche de seulement quelques centaines d’événements attendus du processus WWW.

Ils ont observé le processus WWW avec une signification statistique de 8,2 écarts-types – bien au-dessus du seuil de 5 écarts-types nécessaire pour déclarer une observation.

“Cette mesure passionnante nous permet également de rechercher des indices de nouvelles interactions qui pourraient exister au-delà de la portée énergétique actuelle du LHC”, ont-ils déclaré.

“En particulier, nous pouvons utiliser le processus de production de WWW pour étudier le couplage quartique des bosons de jauge – où deux bosons W se diffusent l’un l’autre – une propriété clé du modèle standard.”

“De nouvelles particules pourraient altérer le couplage quartique des bosons de jauge par des effets quantiques, modifiant ainsi la section transversale de production des WWW.”

“La poursuite de l’étude de la VMM et d’autres processus électrofaibles offre un avenir séduisant.”

Le Dr. Metcalfe et ses collègues ont présenté leurs résultats cette semaine à l’occasion de la conférence de l’Union européenne. Conférence EPS-HEP 2021.

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