Восемь столкновений, которые показали новый процесс экспресс
В детекторе ATLAS на Большом адронном коллайдере протоны сталкиваются миллиарды раз в секунду. Среди этого потока физики выловили восемь событий, в которых после удара возникли сразу две Z-частицы и один фотон. Z-частица — тяжёлый переносчик слабого взаимодействия, она живёт меньше миллиардной доли секунды и распадается на пару заряженных частиц. В данном случае каждая Z-частица распалась на электрон или мюон, а фотон остался в детекторе как отдельный сгусток энергии.
Чтобы выделить эти редкие события, физики отбирали столкновения, где после распада Z-частиц остаются четыре заряженные частицы (электроны или мюоны) и один фотон. Такой набор — как четыре следа от осколков и одна вспышка света. За четыре года работы коллайдера с 2015 по 2018 год набралось всего восемь таких картин. Фон от других процессов, которые могут имитировать похожий след, оценили меньше чем в одно событие. Это значит, что сигнал настоящий.
Измеренная частота рождения двух Z-частиц и фотона совпала с расчётом по Стандартной модели — самой точной теории элементарных частиц. Совпадение числа и расчёта укрепляет доверие к модели. Но именно в таких редких процессах могут проявиться отклонения, если существуют новые частицы или силы. Пока отклонений не видно, но теперь у физиков есть инструмент, чтобы искать их дальше.
Две Z-частицы и фотон рождаются в среднем один раз на 7 триллионов столкновений протонов — это как найти одну особенную песчинку на пляже длиной в несколько километров.