۴ نوامبر ۲۰۲۵
یک پدیده فوق‌العاده نادر، که به عنوان یک کوارک سر شناخته می‌شود، به عنوان بخشی از آزمایش LHC مشاهده شده است و راه را برای دانشمندان هموار می‌کند تا درک عمیق‌تری از نیروهای اساسی طبیعت به دست آورند.
برخورددهنده بزرگ هادرونی (LHC) این کوارک سر را به همراه بوزون‌های W و Z مشاهده کرد، فرآیندی بسیار نادر که فقط یک بار در هر تریلیون برخورد پروتون اتفاق می‌افتد.یافتن این رویداد در داده‌های LHC مانند جستجوی سوزن در انبار کاهی به اندازه یک استادیوم المپیک است.
ایجاد یک کوارک سر، یک بوزون W و یک بوزون Z، که به عنوان تولید tWZ شناخته می‌شود، دریچه جدیدی را برای درک نیروهای بنیادی طبیعت می‌گشاید.
با مطالعه دقیق تولید tWZ، فیزیکدانان می‌توانند بررسی کنند که چگونه کوارک سر با نیروی الکتروضعیف، که توسط بوزون‌های W و Z حمل می‌شود، تعامل دارد.علاوه بر این، کوارک سر سنگین‌ترین ذره بنیادی شناخته شده است، به این معنی که قوی‌ترین تعامل را با میدان هیگز دارد، بنابراین مطالعه فرآیند tWZ می‌تواند درک عمیق‌تری از مکانیسم هیگز به ما بدهد.همچنین می‌تواند ما را به نشانه‌هایی از پدیده‌ها و فیزیک جدید فراتر از مدل استاندارد هدایت کند.
با این حال، مشاهده تولید tWZ آسان نیست. نه تنها یکی از نادرترین فرآیندهای مدل استاندارد است که در حال حاضر می‌توان در LHC مشاهده کرد، بلکه تجزیه و تحلیل آن نیز بسیار پیچیده است.
این فرآیند شبیه فرآیند دیگری به نام تولید ttZ است که در آن یک کوارک سر و یک کوارک پادسر به همراه یک بوزون Z تولید می‌شوند. این تولید ttZ حدود هفت برابر بیشتر از تولید tWZ رخ می‌دهد، به این معنی که مقدار قابل توجهی نویز پس‌زمینه وجود دارد که محققان باید آن را شناسایی و محاسبه کنند.
این رویدادی است که در آشکارساز CMS با اثری سازگار با تولید یک کوارک سر، یک بوزون W و یک بوزون Z (tWZ) مشاهده می‌شود. کوارک سر به یک کوارک b و یک بوزون W واپاشی می‌کند؛ کوارک b یک جت تولید می‌کند و W به دو جت واپاشی می‌کند. جت‌ها توسط مخروط‌های زرد نشان داده شده‌اند. بوزون W اصلی به یک میون و یک نوترینو (دیده نمی‌شود) واپاشی می‌کند. بوزون Z به دو میون واپاشی می‌کند. میون‌ها با خطوط قرمز نشان داده شده‌اند. اعتبار: همکاری CMS
آلبرتو بلودر، محققی از همکاری CMS در DESY، توضیح داد: «به دلیل نادر بودن و شباهت آن با فرآیند ttZ، مشاهده تولید tWZ نیاز به تکنیک‌های تجزیه و تحلیل پیشرفته شامل یادگیری ماشینی پیشرفته دارد.»
محققان با استفاده از الگوریتم یادگیری ماشینی خود توانستند سیگنال تولید tWZ را از داده‌های پس‌زمینه جدا کنند.
همکاری CMS نشان داد که میزان تولید tWZ کمی بالاتر از پیش‌بینی نظریه است.داده‌ها و تجزیه و تحلیل‌های آینده روشن خواهد کرد که آیا این فقط یک نوسان آماری است یا می‌تواند اولین اشاره به چیزی فراتر از قوانین شناخته شده فیزیک باشد.
رومن کوگلر، محققی از همکاری CMS در DESY، اظهار داشت: «اگر برهمکنش‌ها یا ذرات ناشناخته‌ای دخیل باشند، انحراف مشاهده‌شده بین نرخ اندازه‌گیری‌شده تولید tWZ و پیش‌بینی با افزایش انرژی ذرات خروجی به سرعت افزایش می‌یابد، اثری که منحصر به فرآیند tWZ است.»
در حال حاضر، همکاری CMS پدیده‌ای چنان نادر را مشاهده کرده است که تنها یک بار در هر تریلیون برخورد پروتون-پروتون رخ می‌دهد.
این پدیده نادر تک کوارک سر، یادآوری دیگری از توانایی LHC در کشف دست‌نیافتنی‌ترین اسرار طبیعت به عنوان بخشی از آزمایش‌های آن است.
