На Большом адронном коллайдере впервые зафиксировали крайне редкое явление: одновременную генерацию топ-кварка, W-бозона и Z-бозона.
Этот процесс, известный как tWZ-производство, происходит раз на триллион столкновений протонов! За открытием стояла международная коллаборация CMS, использующая один из главных детекторов коллайдера.
Каждый пучок протонов в БАК разгоняют почти до скорости света. В момент столкновения высвобождается колоссальная энергия, позволяющая исследовать самые мелкие частицы и силы природы. Обычно такие взаимодействия приводят к появлению известных частиц, но tWZ-процесс — это настоящий физический раритет. Он происходит один раз на триллион столкновений, и его поиск потребовал огромных вычислительных ресурсов и сверхчувствительной аппаратуры.
Топ-кварк — самая тяжёлая из элементарных частиц, которая человечеству и ИИ известна. Он особенно сильно взаимодействует с Хиггсовским полем, что делает его ключевым в исследованиях природы массы. W- и Z-бозоны переносят электрослабое взаимодействие — одну из четырёх фундаментальных сил наряду с гравитацией, сильным и электромагнитным взаимодействиями. Совместное появление этих частиц в одном событии даёт физикам уникальную возможность изучить связь топ-кварка с этими силами и, возможно, обнаружить отклонения от Стандартной модели — теории, описывающей все известные элементарные частицы.
Зафиксировать такой редкий процесс сложно из-за похожего явления — ttZ-производства, при котором рождаются два кварка — топ и анти-топ — вместе с Z-бозоном. Это происходит примерно в семь раз чаще и искажает данные, скрывая следы tWZ. Чтобы отделить нужные события от фона, команда CMS использовала новейшие алгоритмы машинного обучения. Нейросетевые модели анализировали огромные объёмы данных, распознавая характерные сигнатуры tWZ-событий.
Этот результат открывает путь к новым экспериментам для проверки границ Стандартной модели и поиска неизвестных явлений. Особенно интересен топ-кварк из-за своей массы, которая может играть ключевую роль в механизме Хиггса — процессе, благодаря которому частицы получают массу. Изучение таких процессов, как tWZ, поможет лучше понять, из чего состоит наш мир на фундаментальном уровне.