Büyük Hadron Çarpıştırıcısı’ndaki (LHC) deneyler, günlük olarak nadir olayları tespit ediyor, ancak CMS işbirliğinin bu son sonucu gibi bazıları son derece nadirdir. İşbirliği, ilk kez, bir W ve bir Z bozonuyla birlikte tek bir üst kuarkın üretimini gözlemledi; bu, yalnızca her trilyon proton çarpışmasında bir kez meydana gelen son derece nadir bir süreçtir. LHC verilerinde bu olayı bulmak, Olimpiyat stadyumu büyüklüğündeki samanlıkta iğne aramak gibidir.
tWZ üretimi olarak bilinen bir üst kuark, bir W bozonu ve bir Z bozonunun yaratılması, doğanın temel kuvvetlerini anlamak için yeni bir pencere açıyor. Fizikçiler tWZ üretimini yakından inceleyerek üst kuarkın W ve Z bozonları tarafından taşınan elektrozayıf kuvvetle nasıl etkileşime girdiğini araştırabilirler.
Ek olarak üst kuark bilinen en ağır temel parçacıktır, yani Higgs alanıyla en güçlü etkileşime sahiptir, dolayısıyla tWZ sürecini incelemek bize Higgs mekanizması hakkında daha derin bir anlayış sağlayabilir. Ayrıca bizi Standart Model’in ötesindeki yeni fenomenlerin ve fiziğin işaretlerine de işaret edebilir.
Ancak tWZ üretimini gözlemlemek kolay değil. Şu anda LHC’de gözlemlenebilen en nadir Standart Model süreçlerinden biri olmakla kalmıyor, aynı zamanda analiz edilmesi de çok karmaşık. Bu süreç, bir Z bozonu ile bir üst ve bir anti-üst kuarkın üretildiği, ttZ üretimi olarak bilinen başka bir işleme çok benzer. Bu ttZ üretimi, tWZ üretiminden yaklaşık yedi kat daha sık gerçekleşiyor; bu da araştırmacıların tanımlaması gereken çok fazla arka plan gürültüsü olduğu anlamına geliyor.
DESY’deki CMS işbirliğinden araştırmacı Alberto Belvedere, “Nadir olması ve ttZ süreciyle benzerliği nedeniyle, tWZ üretimini gözlemlemek, en son teknolojiye sahip makine öğrenimini içeren ileri analiz teknikleri gerektirir” diyor. Araştırmacılar, makine öğrenme algoritmalarını kullanarak tWZ üretiminden gelen sinyali arka plan verilerinden ayırmayı başardılar. Bulgular şu adreste mevcuttur: arXiv ön baskı sunucusu.
CMS işbirliği, tWZ üretim oranının teorinin öngördüğünden biraz daha yüksek olduğunu buldu. Gelecekteki veriler ve analizler, bunun sadece istatistiksel bir dalgalanma mı yoksa bilinen fizik yasalarının ötesinde bir şeyin ilk ipucu mu olabileceğini açıklığa kavuşturacak.
DESY’de CMS işbirliğinde araştırmacı olan Roman Kogler, “Bilinmeyen etkileşimler veya parçacıklar söz konusuysa, ölçülen hız (tWZ üretimi) ile tahmin arasında gözlemlenen sapma, giden parçacıkların artan enerjileriyle birlikte hızla büyüyecektir; bu, tWZ sürecine özgü bir etkidir” diyor.
Şimdilik CMS işbirliği, her trilyon proton-proton çarpışmasında yalnızca bir kez meydana gelecek kadar nadir görülen bir olgunun ilk gözlemini oluşturdu. Bu, LHC’nin doğanın en anlaşılması zor sırlarını açığa çıkarma yeteneğinin bir başka hatırlatıcısıdır.
