Os físicos observaram pela primeira vez a criação de três bósons em colisões próton-próton
O Modelo Padrão, a mais abrangente das teorias existentes que descrevem as interações de partículas fundamentais, prevê a existência das chamadas interações de três bósons. Essas interações são processos nos quais três tipos de bósons são produzidos simultaneamente como resultado de um único evento no Grande Colisor de Hádrons.
As interações de três bósons são incrivelmente raras, frequentemente centenas de vezes menos comuns do que os eventos do bóson de Higgs, uma vez que geralmente ocorrem uma vez a cada 100 bilhões de colisões próton-próton. Embora o Modelo Padrão preveja sua existência, os físicos ainda não foram capazes de observá-los experimentalmente.
O CMS Collaboration, um grande grupo de pesquisadores de vários institutos de física ao redor do mundo, observou recentemente a formação de três bósons de calibre massivos em colisões próton-próton pela primeira vez (bósons de calibre são bósons que agem como portadores de interações fundamentais).
Seu artigo, publicado na Physical Review Letters, oferece a primeira evidência experimental da existência de interações de três bósons, abrindo novas possibilidades para estudar interações entre bósons de calibre massivos fundamentais, a saber, o bóson W ±, Z e o bóson de Higgs.
“A raridade e a novidade das interações de três bósons foram a principal força motriz por trás de nossa decisão de começar a procurar esses eventos”, disse Saptaparna Bhattacharya, pesquisadora do Centro de Física do LHC no Fermilab. "Nossa conquista é o culminar de tentativas anteriores de busca por esses processos, realizadas por ATLAS e CMS nas energias de 8 e 13 TeV."
O experimento CMS é um estudo em andamento baseado no uso de um detector de uso geral no LHC (por exemplo, um solenóide muon compacto ou CMS). Nos últimos anos, membros da Colaboração CMS usaram este detector para coletar dados relacionados às interações de partículas que poderiam ajudar na busca por matéria escura e facilitar a descoberta de novas físicas.
Em seu estudo recente, os físicos olharam para o grande conjunto de dados coletados pelo detector entre 2016 e 2018 quando perceberam que as interações triboson estavam se tornando mais prontamente disponíveis e tinham uma taxa de eventos alta o suficiente para serem distinguidas dos sinais de fundo.
Então, eles começaram a procurar tribosons ou VVVs (onde V = W +, W-, Z-bosons) e estabeleceram a existência de interações de três bósons em 5,7 desvios-padrão, o que significa que a probabilidade de observação é de 1 em 106 flutuação de fundo, ou uma chance em um milhão.
“Observar a formação de três bósons de calibre pesado em uma única colisão é um marco importante na física do LHC”, explicou Saptaparna Bhattacharya. “No início, éramos céticos quanto à detecção desses processos em um estágio tão inicial do programa do LHC. Esta descoberta lança luz sobre a interação fundamental entre bósons de calibre e abre uma nova janela para os detalhes intrincados do Modelo Padrão. ”
A colaboração do CMS agora planeja realizar pesquisas adicionais para estudar o processo que eles descobriram, bem como expandir sua análise para também procurar eventos com decaimentos de bóson W ± e Z em quarks e neutrinos.
Isso permitirá que eles verifiquem adicionalmente a exatidão do Modelo Padrão e potencialmente revelem novos fenômenos físicos que não podem ser explicados pelas teorias físicas existentes.