物理学者は、プロトン-プロトン衝突で3つのボソンの作成を最初に観察しました

基本粒子の相互作用を説明する既存の理論の中で最も包括的な標準モデルは、いわゆる3ボソン相互作用の存在を予測します。これらの相互作用は、ラージハドロンコライダーでの1回のイベントの結果として、3種類のボソンが同時に生成されるプロセスです。

3ボソンの相互作用は非常にまれであり、通常、1,000億回のプロトン-プロトン衝突ごとに発生するため、ヒッグスボソンイベントよりも数百倍も一般的ではありません。標準モデルはそれらの存在を予測しますが、物理学者はまだそれらを実験的に観察することができませんでした。

世界中の多くの物理学研究所の研究者の大規模なグループであるCMSコラボレーションは、最近、プロトン-プロトン衝突で3つの巨大なゲージボソンの形成を初めて観察しました（ゲージボソンは、基本的な相互作用のキャリアとして機能するボソンです）。

フィジカルレビューレターに掲載された彼らの論文は、3ボソン相互作用の存在に関する最初の実験的証拠を提供し、基本的な大規模ゲージボソン、すなわちW±、Zボソンとヒッグスボソンの間の相互作用を研究するための新しい可能性を開きます。

「3ボソンの相互作用の希少性と目新しさは、これらのイベントを探し始めるという私たちの決定の背後にある主な原動力でした」と、フェルミラボのLHC物理センターの研究者であるSaptaparnaBhattacharyaは述べています。 「私たちの成果は、8および13 TeVのエネルギーでATLASとCMSの両方によって行われた、これらのプロセスを検索するための以前の試みの集大成です。」

CMS実験は、LHCでの汎用検出器（たとえば、コンパクトミューオンソレノイドまたはCMS）の使用に基づく進行中の研究です。過去数年間、CMSコラボレーションのメンバーは、この検出器を使用して、暗黒物質の検索に役立ち、新しい物理学の発見を容易にする可能性のある粒子相互作用に関連するデータを収集してきました。

最近の研究で、物理学者は、2016年から2018年の間に検出器によって収集された大規模なデータセットを調べました。これは、摩擦子の相互作用がより容易に利用可能になり、バックグラウンド信号と区別するのに十分なイベント率が高いことに気付いたためです。

そこで彼らはトライボソンまたはVVV（V = W +、W-、Z-ボソン）の検索に着手し、5.7標準偏差で3ボソン相互作用の存在を確立しました。これは、観測の確率が106分の1のバックグラウンド変動であることを意味します。 100万分の1のチャンス。

「1回の衝突で3つの重いゲージのボソンの形成を観察することは、LHCの物理学における重要なマイルストーンです」とSaptaparnaBhattacharyaは説明しました。 「当初、私たちはLHCプログラムのこのような初期段階でのこれらのプロセスの検出に懐疑的でした。この発見は、ゲージボソン間の基本的な相互作用に光を当て、標準モデルの複雑な詳細への新しいウィンドウを開きます。」

CMSのコラボレーションでは、発見したプロセスを研究するためのさらなる調査を実施するとともに、分析を拡張して、W±およびZボソンがクォークとニュートリノに崩壊するイベントを探すことも計画しています。

これにより、標準モデルの正確性をさらにチェックし、既存の物理理論では説明できない新しい物理現象を明らかにすることができます。