CMS ogłasza pierwszą obserwację fotonów do Tausa w zderzeniach proton-proton

Zespół CMS poinformował o odkryciu dwóch fotonów wytwarzających dwa leptony tau w zderzeniach proton-proton. Zjawisko to, możliwe dzięki wykorzystaniu możliwości precyzyjnego śledzenia detektora CMS, nigdy nie zostało zaobserwowane w zderzeniach proton-proton. Zapewnia nowy sposób ograniczenia istnienia nowej fizyki, a także jest najdokładniejszym pomiarem anomalnego momentu magnetycznego tau.

W rodzinie leptonów tau, czasami nazywane tau, jest niezwykłą cząstką. Składnik „materii” Modelu Standardowego (SM) zazwyczaj składa się z leptonów i kwarków. Tau odkryto dopiero pod koniec lat 70. XX wieku w SLAC i dopiero w 2000 r. w ramach współpracy DONUT w Fermilab odkryto neutrina, które uzupełniały składnik tau.

Wiek Tau jest stosunkowo ograniczony – tylko 290,10^-15 (jedna setna biliardowa sekundy) stabilności, co utrudnia dokładne badanie.

Elektron, mion i inne naładowane leptony zostały dobrze zbadane. Ich momenty magnetyczne i odpowiadające im anomalne momenty magnetyczne są również dobrze poznane. Pierwszy z nich można traktować jako kierunek i siłę wirtualnego magnesu sztabkowego wewnątrz cząstki.

Ta wymierna wielkość wymaga jednak modyfikacji na poziomie kwantowym ze względu na opór cząstek wirtualnych w momencie magnetycznym, przez co różni się ona od wartości oczekiwanej. Korekcja kwantowa, znana jako anomalny moment magnetyczny, wynosi około 0,1%. Ten anomalny moment magnetyczny zapewnia dostęp do fizyki poza modelem SM, jeśli wyniki teoretyczne i eksperymentalne są sprzeczne.

Anomalny moment magnetyczny elektronu jest jedną z najbardziej precyzyjnych zmiennych znanych w fizyce cząstek elementarnych i dokładnie zgadza się z SM. Z drugiej strony, jego mionowy odpowiednik jest jednym z najlepiej zbadanych i nadal jest badany. Chociaż jak dotąd teoria i eksperymenty zasadniczo się zgadzały, nowe odkrycia wskazują na napięcie, które uzasadnia dalsze badania.

Dla Tao wyścig wciąż trwa. Krótki czas trwania tau sprawia, że ​​pomiar jego anomalnego momentu magnetycznego aτ jest szczególnie trudny. Pierwsze próby określenia wielkości τ po odkryciu tau dawały niepewności 30 razy większe niż poprawki kwantowe. Praca eksperymentalna w CERN Zastosowanie detektorów LEP i LHC wzmocniło ograniczenia, zmniejszając niepewności do 20-krotności wielkości poprawek kwantowych.

Podczas zderzeń badacze szukają unikalnego procesu: dwa fotony oddziałują, tworząc dwa leptony tau, znane również jako para di-tau, które rozpadają się na miony, elektrony, naładowane piony i neutrina. Jak dotąd ATLAS i CMS zaobserwowały to w bardzo peryferyjnych zderzeniach ołowiu z ołowiem. CMS informuje obecnie o pierwszym wykryciu tego samego mechanizmu, który występuje podczas zderzeń protonów z protonami.

Zderzenia te zapewniają większą wrażliwość na fizykę poza SM, ponieważ skutki nowej fizyki rosną wraz z energią zderzenia. Wykorzystując wyjątkowe możliwości śledzenia detektora CMS, w ramach współpracy udało się wyizolować ten unikalny proces od innych, wybierając zdarzenia, w których tau jest generowane w żadnej innej drodze w odległości tak małej jak 1 mm.

To niezwykłe osiągnięcie w zakresie wykrywania zderzeń protonów z bardzo peryferyjnymi protonami utorowało drogę do wielu pionierskich pomiarów tego typu za pomocą eksperymentu CMS.

Michael Pitt, współpraca z CMS

Współpraca w ramach projektu CMS natychmiast doprowadziła do pilotażu tego nowego podejścia, ponieważ zapewnia ono innowacyjną technikę ograniczania anomalnego momentu magnetycznego tau. Przyszłe dane operacyjne wzmocnią znaczenie; Jednakże pomiar początkowy nakłada najsurowsze jak dotąd ograniczenia i zapewnia niespotykaną dotąd dokładność. Zmniejsza niepewność prognozy do trzykrotności wielkości samej korekty ilościowej.

To naprawdę ekscytujące, że w końcu możemy zawęzić niektóre kluczowe właściwości nieuchwytnego leptonu.

Isaac Newtellings, współpraca z CMS

Xuelong Qin, kolejny członek zespołu analitycznego, dodał: „Analiza ta oferuje nowe podejście do badania tau g-2, ożywiając pomiary, które pozostawały w stagnacji przez ponad dwie dekady.„

źródło: https://home.cern/