ينفجر عرض الألعاب النارية، وتتفتت نقطة واحدة إلى أربعة شرارات في آن واحد. هذا ما يفعله بوزون Z — الجسيم الذي ينقل القوة النووية الضعيفة — عندما يتحلل إلى أربعة لبتونات مشحونة (إلكترونات أو ميونات). العملية نادرة للغاية: من بين مليون ولادة لبوزون Z، يحدث حوالي خمسة من هذه الأحداث فقط.
في مصادم الهادرونات الكبير، في كاشف CMS، اصطدمت البروتونات بسرعات هائلة، وبين الحطام بحث الفيزيائيون عن هذه "الألعاب النارية رباعية اللبتونات" تحديدًا. خلال فترتي تشغيل بطاقات طاقة 8 و13 تيرا إلكترون فولت، جمعوا بيانات تعادل 19.7 و138 فيمتوبارن معكوس (وهذا المقياس يوضح عدد التصادمات التي حدثت). ونتيجة لذلك، تم قياس الاحتمالية الإجمالية للتحلل Z → 4ℓ بدقة تصل إلى 3% — [4.67 ± 0.11 (إحصائي) ± 0.10 (منهجي)] × 10⁻⁶. كما حسبوها بشكل منفصل للمجموعات: Z → 4μ، Z → 4e، و Z → 2μ2e.
لم يكن التشويق الرئيسي في الاحتمالية نفسها. درس الفيزيائيون كيف تتطاير نواتج التحلل في الفضاء: الزوايا، الطاقات، والاتجاهات النسبية. أولوا اهتمامًا خاصًا للتماثلات الثلاثية — الكميات التي تغير إشارتها عند الانعكاس المرآتي واستبدال الجسيمات بجسيماتها المضادة. الانحرافات الملحوظة عن الصفر كانت ستشير إلى انتهاك تناظر الشحنة-التكافؤ (CP)، وهو أحد المبادئ الأساسية للنموذج القياسي. قورنت النتائج بتوقعات النظرية ولم يتم العثور على اختلافات. لكنهم وضعوا قيودًا على إمكانية وجود جسيمات ثقيلة جديدة — على سبيل المثال، بوزونات قياس إضافية قد تتدخل في هذا التحلل.
هذه الألعاب النارية ليست مجرد مشهد جميل. إنها اختبار فائق الحساسية لفيزياء جديدة: أي خليط ضئيل من قوى غير معروفة كان سيغير صورة تطاير الجسيمات. حتى الآن كل شيء نظيف، لكن دقة القياسات اقتربت بالفعل من المستوى الذي قد تظهر فيه المفاجآت المنتظرة. وعندها ستخبرنا الشرارات الأربع عن العالم بما لا نعرفه بعد.
كما كتبه المؤلفون، بالإنجليزية arXiv:2605.25158
Decays of Z bosons to four charged leptons (electrons and muons) are studied in proton-proton collisions at $$\sqrt{s}$$ = 8 and 13 TeV. The analysis is based on data collected with the CMS detector at the LHC corresponding to an integrated luminosity of 19.7 fb$$^{-1}$$ at 8 TeV and 138 fb$$^{-1}$$ at 13 TeV. The measured value of the inclusive branching fraction for all four-lepton decay modes, $$\mathcal{B}$$(Z $$\to$$ 4$$\ell$$), is [4.67 $$\pm$$ 0.11 (stat) $$\pm$$ 0.10 (syst)] $$\times$$ 10$$^{-6}$$, which has a precision of about 3% limited by both statistical and systematic uncertainties. Measurements of the individual branching fractions for the decays Z $$\to$$ 4$$\mu$$, Z $$\to$$ 4e, and Z $$\to$$ 2$$\mu$$2e are also reported. Differential decay rates are presented as functions of kinematic and angular quantities in the Z boson rest frame. Measurements of triple-product asymmetries, which are sensitive to possible violations of charge conjugation and parity invariance, are performed for Z $$\to$$ 4$$\ell$$ decays. The results are compared with standard model predictions and used to set limits on the production of new gauge bosons.
احتمالية تحلل بوزون Z إلى أربعة لبتونات أقل بحوالي مائة مرة من تحلله إلى لبتونين، وأقل بمليون مرة من تحلله إلى هادرونات (جسيمات تتكون من كواركات).