Свет рождает тяжёлые частицы экспресс

Оригинал: "Measurement and effective field theory interpretation of the photon-fusion production cross section of a pair of W bosons in proton-proton collisions at $$\sqrt{s}$$ = 13 TeV"
· CMS Collaboration
arXiv:2601.21574 · 2026-01-29 · CC BY 4.0 · 1 мин
На Большом адронном коллайдере увидели, как два фотона сталкиваются и рождают пару W-бозонов.

📄 Показана версия «Просто» — «Подробно» пока не готова. Добавьте ★ в избранное, если хотите её ускорить.

На Большом адронном коллайдере физики разгоняют протоны почти до скорости света и сталкивают их. Обычно в таких столкновениях участвуют сами протоны, но иногда они пролетают рядом, не задевая друг друга, а взаимодействуют их электрические поля. Эти поля можно представить как облака из фотонов — частиц света, которые окружают каждый протон. Когда два таких фотона сталкиваются, они могут породить пару W-бозонов — частиц, которые отвечают за слабое взаимодействие, управляющее распадами атомных ядер.

В новом анализе учёные из коллаборации CMS отобрали события, где после столкновения остаются только электрон и мюон — следы распада W-бозонов, а вокруг точки их рождения нет других частиц. Такой «чистый» след указывает, что W-бозоны родились именно от слияния фотонов, а не от прямого удара протонов. Всего набралось достаточно событий, чтобы надёжно измерить вероятность этого процесса.

Фотоны не имеют массы, но их столкновение рождает W-бозоны, которые почти в 86 раз тяжелее протона. Энергия превращается в массу — так работает знаменитая формула E=mc².

Измеренное сечение рождения W-пар совпало с предсказаниями Стандартной модели — теории, описывающей все известные частицы и силы, кроме гравитации. Это согласие позволило физикам установить жёсткие пределы на существование новых взаимодействий, которые могли бы проявиться в таких процессах. Если бы природа отклонялась от Стандартной модели, это проявилось бы в изменении вероятности рождения W-бозонов.

Теперь учёные получили ещё один инструмент для проверки фундаментальных законов. Измерение фотонного слияния W-бозонов — как точная линейка, которой проверяют, не искривлено ли пространство известной физики. И пока линейка показывает: всё ровно.

Оригинальная аннотация

как её написали авторы, на английском arXiv:2601.21574

This analysis presents an observation of the photon-fusion production of W boson pairs using the CMS detector at the LHC. The total cross section of the W$$^+$$W$$^-$$ production in photon fusion is measured using proton-proton collision data with an integrated luminosity of 138 fb$$^{-1}$$ collected with the CMS detector in 2016$$-$$2018 at a center-of-mass energy of $$\sqrt{s}$$ = 13 TeV. Events are selected in the final state with one isolated electron and one isolated muon, and no additional tracks associated with the electron-muon production vertex. The total and fiducial production cross sections are 643 $$^{+82}_{-78}$$ fb and 3.96 $$^{+0.53}_{-0.51}$$ fb, respectively, in agreement with the standard model predictions of 631 $$\pm$$ 126 fb and 3.87 $$\pm$$ 0.77 fb. This agreement enables stringent constraints to be imposed on anomalous quartic gauge couplings within a dimension-8 effective field theory framework.

Процесс слияния фотонов в пару W-бозонов настолько редкий, что на миллиарды столкновений протонов приходится лишь несколько таких событий. Чтобы их поймать, детектор CMS записывал данные три года подряд.

Учёные
Satyendra Nath BoseAlbert EinsteinPaul DiracEmilio Gino SegrèPeter HiggsRichard Feynman
Понятия
коллаборация CMS детектор CMS сечение детектирование одиночных фотонов энергия столкновения столкновение протонов счёт фотонов электрон-позитронная пара рождение пар z-бозон обратный фемтобарн квантовый детектор BESIII фотоэлектронный умножитель фотодетектор пион масса протона фотонная пара связь аксиона с фотоном кремниевый фотоумножитель