顯示候選 WWW → 3 輕子 + 中微子事件。該事件通過其衰變為一個 μ 子(紅線)、兩個電子(藍線)和缺失的橫向能量(白色虛線)來識別。 (圖片：歐洲核子研究中心)
今天，在2021 年 EPS-HEP 會議上，ATLAS 合作宣布了對一個罕見過程的首次觀察：同時產生了三個 W 玻色子。
W玻色子作為電弱力的載體，在粒子物理標準模型的檢驗中起著至關重要的作用。盡管在近四年前被發現，W 玻色子繼續為物理學家提供新的探索途徑。
ATLAS 研究人員分析了探測器在 2015 年至 2018 年期間記錄的完整 LHC Run-2 數據集，以觀察 WWW 過程，其統計顯著性為 8.2 個標準差——遠高于宣布觀察所需的 5 個標準差閾值。這一結果是在 CMS 協作對包容性三弱玻色子產生的早期觀察之后得出的。
達到這種精度水平絕非易事。物理學家分析了大約 200 億個由 ATLAS 實驗記錄和預過濾的碰撞事件，以尋找 WWW 過程中預期的幾百個事件。
作為已知最重的基本粒子之一，W 玻色子能夠以幾種不同的方式衰變。ATLAS 物理學家將搜索重點放在四種 WWW 衰變模式上，這些模式由于減少了背景事件的數量而具有最佳的發現潛力。在其中三種模式中，兩個 W 玻色子衰變成帶 相同正電荷或負電荷的帶電輕子(電子或 μ 子)和中微子，而第三個 W 玻色子衰變成一對輕夸克。在第四衰變模式中，所有三個 W 玻色子都衰變成帶電的輕子和中微子。
為了從大量背景事件中挑選出 WWW 信號，研究人員使用了一種稱為增強決策樹 (BDT) 的機器學習技術。可以訓練 BDT 識別 ATLAS 探測器中的特定信號，發現預測事件屬性之間的微小但關鍵的差異。BDT 提供的信號和背景之間改進的分離以及 LHC 運行 2 提供的大量數據集提高了整體測量的精度，并實現了對 WWW 生產的首次觀察。
這一令人興奮的測量還允許物理學家尋找可能存在于 LHC 當前能量范圍之外的新相互作用的線索。特別是，物理學家可以使用 WWW 生產過程來研究四次規范玻色子耦合——其中兩個 W 玻色子相互散射——這是標準模型的一個關鍵特性。 新粒子可以通過量子效應改變四次規范玻色子耦合，從而改變 WWW 生產截面。對 WWW 和其他電弱過程的持續研究提供了一條誘人的前進道路。
