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Vista do detector CMS aberto, um dos quatro principais experimentos do Grande Colisor de Hádrons. (Imagem: CERN)
Este fenômeno incrivelmente raro, observado no experimento CMS, pode ajudar a investigar as forças fundamentais da natureza.
Os experimentos no Grande Colisor de Hádrons (LHC) detectam eventos raros diariamente, mas alguns são excepcionalmente raros, como este resultado recente da colaboração CMS . Pela primeira vez, a colaboração observou a produção de um único quark top juntamente com um bóson W e um bóson Z , um processo extremamente raro que ocorre apenas uma vez a cada trilhão de colisões de prótons. Encontrar esse evento nos dados do LHC é como procurar uma agulha em um palheiro do tamanho de um estádio olímpico.
A criação de um quark top, um bóson W e um bóson Z, conhecida como produção tWZ, abre uma nova janela para a compreensão das forças fundamentais da natureza. Ao estudar detalhadamente a produção tWZ, os físicos podem investigar como o quark top interage com a força eletrofraca, que é mediada pelos bósons W e Z. Além disso, o quark top é a partícula fundamental mais pesada conhecida, o que significa que possui a interação mais forte com o campo de Higgs ; portanto, o estudo do processo tWZ pode nos proporcionar uma compreensão mais profunda do mecanismo de Higgs. Também pode indicar indícios de novos fenômenos e física além do Modelo Padrão .
No entanto, observar a produção de tWZ não é fácil. Além de ser um dos processos do Modelo Padrão mais raros que podem ser observados atualmente no LHC, também é muito complexo de analisar. Esse processo é muito semelhante a outro conhecido como produção de ttZ, no qual um quark top e um antiquark top são produzidos com um bóson Z. Essa produção de ttZ ocorre cerca de 7 vezes mais frequentemente do que a produção de tWZ, o que significa que há muito ruído de fundo que os pesquisadores precisam identificar.
“Devido à sua raridade e à sua semelhança com o processo ttZ, a observação da produção de tWZ requer técnicas avançadas de análise que envolvem aprendizado de máquina de última geração”, afirma Alberto Belvedere, pesquisador da colaboração CMS no DESY. Utilizando seu algoritmo de aprendizado de máquina, os pesquisadores conseguiram separar o sinal da produção de tWZ dos dados de fundo.
A colaboração CMS descobriu que a taxa de produção de tWZ foi ligeiramente superior à prevista pela teoria. Dados e análises futuras esclarecerão se isso é apenas uma flutuação estatística ou se pode ser o primeiro indício de algo além das leis conhecidas da física.
“Se houver interações ou partículas desconhecidas envolvidas, o desvio observado entre a taxa medida [de produção de tWZ] e a previsão aumentaria rapidamente com o aumento das energias das partículas emitidas, um efeito que é exclusivo do processo tWZ”, afirma Roman Kogler, pesquisador da colaboração CMS no DESY.
Por ora, a colaboração CMS registrou a primeira observação de um fenômeno tão raro que ocorre apenas uma vez a cada trilhão de colisões próton-próton. Isso é mais uma prova da capacidade do LHC de desvendar os segredos mais enigmáticos da natureza.
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Fonte: CERN / Por meio da colaboração do CMS / Publicação 03/11/2025
https://home.cern/news/news/physics/first-observation-single-top-quark-production-w-and-z-bosons
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