CERN物理學家首次觀測到弱玻色子三重態的產生

歐洲核子研究組織（CERN）大型強子對撞機（LHC）的ATLAS合作團隊，近日宣佈首次觀測到VVZ產生的現象，這是一種由三個大質量向量玻色子組成的罕見組合。

ATLAS團隊記錄到一個三向量玻色子事件，其中一個W玻色子衰變為電子和微中子，另一個W玻色子衰變為μ子和微中子，而Z玻色子則衰變為兩個μ子。影象中，μ子以紅線表示，電子以綠線表示，微中子產生的「缺失能量」則以白色虛線表示。圖片來源：ATLAS / CERN。

作為弱力的載體，W和Z玻色子在粒子物理的標準模型中扮演著核心角色。對多玻色子產生過程的精確測量，不僅是對標準模型的絕佳測試，更可能揭示新的物理現象。

ATLAS物理協調員Fabio Cerutti博士表示：「在LHC中，三向量玻色子的產生是一個非常罕見的過程。其測量結果提供了關於多玻色子之間相互作用的資訊，這些相互作用與標準模型的基礎對稱性息息相關。這是一個強大的工具，可用於揭示新的物理現象，例如那些因質量過大而無法在LHC中直接產生的未知粒子。」

ATLAS團隊觀測到VVZ產生的統計顯著性達到6.4個標準差，超過了宣稱觀測所需的五個標準差門檻。這一觀測結果延續了ATLAS和CMS合作團隊先前的研究成果，包括CMS觀測到的VVV產生以及ATLAS觀測到的WWW產生。

作為已知最重的粒子之一，W和Z玻色子可以以多種方式衰變。在這項新研究中，ATLAS物理學家專注於七個具有最高發現潛力的衰變通道。這些通道透過一種稱為提升決策樹的機器學習技術進一步最佳化，並針對每個通道訓練演算法以識別目標訊號。

透過結合這些衰變通道，研究人員成功觀測到VVZ產生，並對新物理現象對訊號的貢獻設定了限制。他們表示：「這些限制結果確認了標準模型的有效性，並與先前關於三向量玻色子產生的研究結果一致。隨著我們分析LHC第三次執行及即將到來的高亮度LHC（HL-LHC）的更大資料集，我們將進一步精確測量三向量玻色子的產生，從而深化我們對這些基本粒子及其在宇宙中角色的理解。」

該團隊的研究成果將發表在《物理學快報B》（Physics Letters B）期刊上。

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ATLAS Collaboration. 2025. Observation of VVZ production at s√=13 TeV with the ATLAS detector. Phys. Lett. B, in press; arXiv: 2412.15123