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.
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.
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.