A colaboração ATLAS, o grande consórcio de pesquisa envolvido na análise de dados coletados pelo colisor de partículas ATLAS no CERN, observou recentemente a produção eletrofraca de dois bósons Z e dois jatos. Esta observação crucial, apresentada na Nature Physics, pode contribuir muito para a compreensão da física de partículas do modelo padrão (SM).
O SM da física de partículas é uma teoria bem estabelecida que descreve os blocos de construção e as forças fundamentais do universo. Este modelo descreve bósons fracos (isto é, bósons responsáveis pela chamada ‘força fraca’) como mediadores da interação eletrofraca.
A dispersão de bósons fracos massivos, como os bósons W e Z, é restrita especificamente a interações, onde os mediadores interagem diretamente e se dispersam. Essa dispersão, também conhecida como dispersão de vetor-bóson (VBS), também envolve um tipo de diagramas de Feynman ou vértices conhecidos (ou seja, vértices de calibre quártico) que os físicos até agora não conseguiram sondar experimentalmente por meio de outros processos físicos.
“Os vértices de calibre quártico são uma seção não confirmada do SM, que é, no entanto, de importância central para a autoconsistência do modelo”, disseram os autores ao Phys.org. “Um exemplo dessa autoconsistência é um delicado cancelamento de amplitudes de espalhamento envolvendo vértices de calibre triplo, vértices de calibre quártico e vértices envolvendo o bóson de Higgs. Um estudo desses processos é um teste independente e crucial do Brout-Englert-Higgs (BEH ) Mecanismo para quebrar a simetria eletrofraca no SM (EWSB).”
Desde o início, um dos objetivos cruciais do Experimento ATLAS no CERN tem sido pesquisar e medir processos VBS. A execução 1 do experimento Large Hadron Collider (LHC) reuniu a primeira evidência desses processos ocorrendo em dois bósons W com a mesma carga. Posteriormente, o VBS também foi observado durante as interações entre os bósons W e Z.
“A observação desse processo no canal ZZ é muito desafiadora devido à sua pequena seção transversal e requer uma boa modelagem e controle dos processos de fundo, bem como boa reconstrução e calibração dos objetos físicos pelo detector ATLAS”, explicaram os autores .
“Nosso artigo recente conclui a observação de todos os principais canais envolvendo bósons de calibre eletrofraco massivos e confirma a consistência dos resultados experimentais com o mecanismo previsto pelo SM. Assim, também marca o início de uma nova era em estudos de precisão de tais processos raros em o setor eletrofraco”.
Como parte de seu trabalho recente, a colaboração ATLAS analisou especificamente as colisões próton-próton registradas durante o Run 2 do colisor de partículas LHC, que durou de 2015 a 2018. As partículas de estado final neste colisor então interagem com o detector ATLAS, deixando hits ou depósitos de energia dentro dele que podem ser medidos e registrados. Esses depósitos de energia registrados são então reconstruídos em objetos físicos, como elétrons, múons, jatos, etc.
“Relatamos a primeira observação da produção eletrofraca de dois bósons Z e dois jatos, o processo mais raro em que pode ocorrer a dispersão de dois bósons de calibre maciço”, disse Navarro. “A observação, bem como a consistência com as previsões do SM, mostram que o SM da física de partículas sobrevive a testes rigorosos até o canto mais raro, com seção transversal de produção tão pequena quanto 0,1 fb”.
A observação da colaboração ATLAS da produção eletrofraca de dois bósons Z e dois jatos pode ter implicações importantes para pesquisas futuras. Além de fornecer evidências experimentais que confirmam a robustez do SM da física de partículas, motiva novas investigações de um mecanismo chamado quebra de simetria eletrofraca (EWSB) que deixa assinaturas características em processos VBS.
Tais investigações provavelmente exigirão novos dados e técnicas experimentais mais avançadas. O LHC começou a coletar novos dados em 2022, o que em breve resultará em novas medições do detector ATLAS. Esses dados podem em breve levar a novas observações e esforços de pesquisa empolgantes.
“Em uma escala de tempo mais longa, espera-se que o LHC de alta luminosidade forneça 3000/fb de dados, o que será 20 vezes o conjunto de dados analisados neste artigo”, acrescentaram os autores. “Após a era da observação, teremos medições mais precisas dos processos VBS com um conjunto de dados muito maior, o que ajudará a sondar o EWSB com maior precisão, bem como procurar qualquer possível desvio da previsão SM. Eventualmente, isso permitirá verificar se o BEH-Mechanism é o formulado no SM ou se existem outras estruturas.”
Publicado em 15/04/2023 22h27
Artigo original:
Estudo original: