从巨大的星系到最小的夸克和胶子，现代物理学对宇宙是如何工作的非常了解。尽管如此，对一些重大谜团的答案仍然遥不可及，例如暗物质的性质和引力的起源。

加州理工学院的物理学家及其同事使用了位于瑞士日内瓦的欧洲核研究组织(CERN)的大型强子对撞机(LHC)，它是目前存在的最大，功能最强大的粒子加速器，其紧凑型μ电磁阀(CMS)实验已经取得了成功对非常罕见的事件的新观察，可能有助于使物理学超越当前对世界的理解。

新的观察涉及同时产生三个W或Z玻色子，它们是携带弱力(四个已知基本力之一)的亚原子“介体粒子”，这是造成放射性现象以及太阳光中必不可少的成分的原因。热核过程。

玻色子是一类粒子，其中还包括构成光的光子。希格斯玻色子，被认为是负责物质的物质;和胶子，它们将核结合在一起。W玻色子和Z玻色子彼此相似，因为它们都承载弱力，但不同之处在于Z玻色子不带电荷。这些玻色子与其他子原子粒子(例如胶子和中微子)一起存在，这被称为粒子物理学的标准模型来解释。

加州理工学院的研究生Zhicai Zhang(MS '18)是高能物理研究团队的成员，该团队由Marvin L. Goldberger物理学教授Harvey Newman和尚义成大学物理教授Maria Spiropulu领导。新观测的主要贡献者之一，与其他团队成员一起工作。

当已将加速到接近光速的高束高能质子束沿着大型强子对撞机的圆形路径在几个点发生正面碰撞时，就会发生产生玻色子三重奏的事件。当两个质子发生碰撞时，质子中的夸克和胶子被迫分离开来，正好这样，W和Z玻色子就会出现。在极少数情况下，它们显示为三胞胎：WWW，WWZ，WZZ和ZZZ。纽曼说，这样的三重W和Z玻色子仅产生于10万亿个质子-质子碰撞中的一个。这些事件是使用CMS记录的，CMS围绕LHC路径中的一个碰撞点。张说，这些事件比发现希格斯玻色子的事件少50倍。

纽曼说：“随着大型强子对撞机产生大量碰撞，我们可以看到非常罕见的事情，例如产生这些玻色子的过程。”

W和Z玻色子可能会自相互作用，从而允许W和Z玻色子产生更多的W和Z玻色子。这些可能表现为带有两个或三个巨大玻色子的事件。尽管如此，这种创造仍然很少见，因此产生的玻色子越多，生产发生的频率就越少。在大型强子对撞机上，以前已经观察到并测量了两个巨大的玻色子的产生。

纽曼说，这些玻色子的产生不是实验的特定目标。通过收集足够的数据，包括带有玻色三胞胎的许多事件和其他罕见事件，研究人员将能够以越来越高的精度测试标准模型的预测，并最终可能发现并能够研究其之外的新相互作用。

“我们通过观察星系的旋转和分布知道，一定有暗物质发挥其引力影响，但暗物质不适合标准模型。暗物质中没有空间容纳暗粒子，也不包含重力，而且它在大爆炸之后的最初瞬间根本无法发挥早期宇宙所特有的能量尺度。我们知道，有比标准模型更基本的尚未发现的理论，”纽曼说。

计划在2021-24年进行的下一个为期三年的实验运行已经准备就绪。运行结束时，将对设备进行升级，以将其数据收集能力提高30倍。“有很多未实现的潜力。在CMS和LHC进行了重大升级之后，我们已经收集的大量数据仍然只占我们预期收集的数据的百分之几，而高亮度LHC计划在从2027年开始的10年。我们只是这个30年物理课程的开始，”他说。