Пресс-центр

Эксперимент CMS видит указание на рождение W±W±-пар в процессах с двойным партонным взаимодействием

В своих заметках, на примере новых результатов экспериментов, проводящихся на Большом адронном коллайдере (БАК), мы пытаемся показать различные направления современных исследований. Сегодня речь пойдет о так называемых множественных партонных взаимодействиях – процессах, в которых интенсивно взаимодействуют сразу несколько «составных частей» протонов, сталкивающихся на БАК. Поводом послужила новая работа эксперимента CMS, который видит указание на рождение пар W^±W^± в процессах такого рода.

То, как выглядит для нас протон, зависит от того, какими частицами-пробниками и с какой энергией этих частиц мы его исследуем. При энергиях, доступных на БАК, взаимодействующие протоны выглядят друг для друга как набор довольно слабосвязанных составных частей, называемых партонами. Партоны – это кварки и глюоны (частицы-переносчики сильного взаимодействия). Типичная картина процессов, регистрируемых детекторами БАК, представляет собой «жесткое», т.е. характеризующееся большим переданным импульсом рассеяние двух партонов (именно в таких процессах рождаются тяжелые частицы), а также множеством «мягких», имеющих малые поперечные импульсы, частиц, появившихся из партонов, которые не принимали участия в жестком процессе. Схематично эту картину можно проиллюстрировать рисунком 1. В последнее время в фокусе интересов экспериментаторов и теоретиков находятся и другие процессы. Мы уже писали об ультрапериферических взаимодействиях, при которых перекрытия внутринуклонного вещества не происходит, и, либо фотоны, испущенные одним протоном, взаимодействуют с другим, либо фотоны от двух протонов взаимодействуют друг с другом. Другой интересный тип событий – множественные партонные взаимодействия характеризуются тем, что в столкновении двух протонов происходит два и более жестких подпроцесса.

Экспериментально процессы двойного партонного взаимодействия (ДПВ-процессы) наблюдались экспериментом D0, проводившемся на коллайдере Тэватрон, и экспериментами ATLAS, CMS и LHCb на БАК. В основном, это были эксперименты по поиску одновременного рождения нескольких частиц, содержащих тяжелые кварки. В новой работе CMS представлен поиск ДПВ-процессов рождения пар W^±W^±. Тяжелый бозон W идентифицируют по его распаду на пару заряженный лептон – нейтрино. Лептон (электрон или мюон) регистрируется экспериментальной установкой, а вот нейтрино покидает детектор, не взаимодействуя с его материалом, а значит не оставляя никакого сигнала, что сильно затрудняет процесс поиска нужных событий. Признаком рождения сразу двух W-бозонов является одновременная регистрация двух заряженных лептонов в экспериментальных событиях, для которых детектор показывает нарушения баланса энергии. Конечно, в ДПВ процессах могут рождаться два W-бозона, имеющие различный электрический заряд, но фоновые условия для поиска W^±W^± рождения куда более благоприятны, хотя и существуют процессы, для которых такая пара возникает в одном кварк-кварковом взаимодействии (см. рисунок 2).

Выделение слабого сигнала в условиях больших фонов – сложная задача. Для её решения привлекаются методы машинного обучения. Именно они позволили извлечь указание на сигнал от ДПВ-рождения W^±W^± пар и измерить сечение этого процесса. Результаты представлен на рисунке 3. Статистическая значимость полученного результата составляет 3.9σ, что не позволяет пока говорить об обнаружении данного процесса, но служит указанием на то, что физики близки к поставленной цели. В будущем экспериментаторы попытаются понять, насколько хорошо описывается рождение W^±W^± пар в ДПВ-процессах при помощи простой комбинаторной модели (factorization approach) или же все намного сложнее.

Большой вклад в создание установки CMS внесли сотрудники Отделения физики высоких энергий НИЦ «Курчатовский институт» - ПИЯФ.  Так, в ОФВЭ была спроектирована основная часть мюонной системы CMS – Торцевой Мюонный Детектор и построена ее большая часть. Также в Отделе радиоэлектроники отделения была создана система управлением подачи высокого напряжения для мюонной системы CMS. Бесперебойная работа мюонных камер обеспечила возможность регистрации мюонов, появившихся из распадов W, что сыграло ключевую роль в этих исследованиях.