في كاشف أطلس (ATLAS) بمصادم الهادرونات الكبير، تتصادم البروتونات مليارات المرات في الثانية. ومن بين هذا التدفق، التقط الفيزيائيون ثمانية أحداث نشأت فيها بعد الاصطدام بوزونات Z اثنان وفوتون واحد. بوزون Z هو ناقل ثقيل للتفاعل الضعيف، يعيش أقل من جزء من مليار من الثانية ويتحلل إلى زوج من الجسيمات المشحونة. في هذه الحالة، تحلل كل بوزون Z إلى إلكترون أو ميوون، بينما بقي الفوتون في الكاشف ككتلة طاقة منفصلة.
لعزل هذه الأحداث النادرة، اختار الفيزيائيون التصادمات التي تترك بعد تحلل بوزونات Z أربعة جسيمات مشحونة (إلكترونات أو ميوونات) وفوتونًا واحدًا. هذه المجموعة تشبه أربعة آثار شظايا وومضة ضوء واحدة. على مدى أربع سنوات من تشغيل المصادم من 2015 إلى 2018، لم يُسجل سوى ثمانية مشاهد من هذا القبيل. الخلفية الناتجة عن عمليات أخرى قد تحاكي أثرًا مشابهًا قُدرت بأقل من حدث واحد. هذا يعني أن الإشارة حقيقية.
التردد المقاس لولادة بوزونين Z وفوتون طابق الحسابات وفق النموذج القياسي — النظرية الأكثر دقة للجسيمات الأولية. تطابق الرقم مع الحساب يعزز الثقة في النموذج. لكن في مثل هذه العمليات النادرة قد تظهر انحرافات إذا وُجدت جسيمات أو قوى جديدة. لا توجد انحرافات حتى الآن، لكن الفيزيائيين أصبح لديهم الآن أداة لمواصلة البحث عنها.
كما كتبه المؤلفون، بالإنجليزية arXiv:2602.17165
This paper presents the first evidence of the simultaneous production of two $$Z$$ bosons and one photon with the ATLAS detector at the Large Hadron Collider. The measurement is performed using the full Run-2 dataset, recorded from 2015 to 2018, of proton-proton collisions at a center-of-mass energy of $$13$$ TeV, corresponding to an integrated luminosity of $$140$$ fb$$^{-1}$$. The fully leptonic final state with four leptons and one photon is analyzed, $$pp\rightarrow ZZ\gamma\rightarrow\ell^+\ell^-\ell'^+\ell'^-\gamma$$ with $$\ell, \ell' = e$$ or $$\mu$$. This final state is measured in a fiducial region where photon final-state radiation is minimized, and the photon has a transverse momentum of $$p_{\mathrm{T}}^\gamma > 20$$ GeV. Eight events are selected, with a background estimate of $$0.92\pm0.15$$. This results in an observed (expected) significance of the $$ZZ\gamma$$ final state of $$4.4\sigma$$ ($$4.4\sigma$$). The measured cross-section for $$pp\rightarrow ZZ\gamma\rightarrow\ell^+\ell^-\ell'^+\ell'^-\gamma$$ in the fiducial region is $$\sigma_{ZZ\gamma} = 0.144 _{-0.051}^{+0.064} \text{ (stat.)} _{-0.005}^{+0.007} \text{ (syst.) fb}$$, in agreement with the predicted Standard Model one, $$\sigma_{\textrm{fid.}}^{\textrm{SM}} = 0.143 _{-0.004}^{+0.007}$$ fb.
يولد بوزونا Z وفوتون في المتوسط مرة واحدة كل 7 تريليونات تصادم بروتوني — وهذا مثل العثور على حبة رمل مميزة على شاطئ طوله عدة كيلومترات.