Świat cząstek elementarnych ma coś wspólnego z naszym: istnieją duże nierówności we właściwościach cząstek, podobnie jak we właściwościach istot ludzkich. Najcięższa cząstka, kwark górny, o szacowanej masie 172 GeV, jest o pięć rzędów wielkości cięższa od najpowszechniejszych składników materii, górnego i dolnego kwarku oraz elektronu. Wraz z górnym kwarkiem istnieją trzy inne ciężkie cząstki, które obecnie nazywamy elementarnymi – być może tylko etykieta, której musimy użyć, ponieważ nie byliśmy w stanie podzielić ich dalej na mniejsze kawałki: bozon Higgsa (125 GeV), bozon Z bozon (91 GeV) i bozon W (80 GeV).
Te „elitarne” cząstki są bardzo interesujące do zbadania, ponieważ ich fenomenologia jest dość zróżnicowana i bogata. Dlatego w Wielkim Zderzaczu Hadronów, cudownym rozbijaczu cząstek w CERN-ie, od 2009 roku gromadzimy zdjęcia ich powstawania i rozpadu. Zrobienie zdjęcia choćby jednej z nich to już nie lada wyczyn — bozon W, najpowszechniejszy z całej czwórki, powstaje tylko raz na milion zderzeń cząstek, a bozon Higgsa, najbardziej unikający aparatu fotograficznego, tylko raz na trzy miliardy. A uzyskanie ich pary na tym samym obrazie (z wyjątkiem par kwarków górny-antytop, które naturalnie pasują do siebie) jest jeszcze trudniejsze.

Możesz więc sobie wyobrazić, jak trudny i rzadki może być przypadek uchwycenia tego samego ujęcia trio z nich: nie mniejszym wyczynem fotografa, któremu udaje się sfotografować Bernarda Arnaulta, Elona Muska i Jeffa Bezosa pijących razem drinka. Analogiem tego jest to, co udało się ostatnio uzyskać w eksperymencie CMS, identyfikując zderzenia, które wytworzyły kwark górny, bozon Z i bozon W w tej samej reakcji fizycznej.

Powyższy wykres jest techniczną reprezentacją reakcji, w wyniku której trio wagi ciężkiej powstaje w wyniku zderzenia proton-proton w LHC. Czas płynie od lewej do prawej, więc linie opisują historię interakcji cząstek (gdzie się łączą) i propagacji w przestrzeni (kierunek pionowy).

Poniżej znajduje się jedna rekonstrukcja komputerowa zidentyfikowanych cząstek powstałych w jednym ze zderzeń widzianych przez CMS, które zostały wybrane jako „kandydaci” procesu produkcyjnego tWZ. Jeśli ktoś sprzedał ci taki obraz jako autentyczną produkcję tych trzech cząstek, powinieneś zgłosić to policji naukowej (co? nie ma czegoś takiego? Cóż, jeśli mnie pytasz, powinno być), tak jak w świecie kwantowym nie może być pewności co do tożsamości zjawisk. Można jednak śmiało powiedzieć, że zdarzenie należy do zbioru, którego elementy mają duże szanse być spowodowane raportowanym procesem. Nudne, tak, ale trafne.

Na zdjęciu czerwona linia to mion powstały w wyniku rozpadu bozonu W; dwie zielone linie to elektrony powstałe w wyniku rozpadu bozonu Z; dwa żółte stożki przedstawiają dżety hadronowe powstałe w wyniku rozpadu innego bozonu W; a pomarańczowy stożek to dżet kwarków b. Rozpad górnego kwarku dał drugi bozon W, więc można argumentować, że obraz faktycznie przedstawia nie trzy, ale cztery ciężkie cząstki!

Zbierając i badając zdarzenia takie jak to przedstawione powyżej, badacze CMS mogą szczegółowo badać właściwości słabych oddziaływań i próbować sprawdzić, czy wszystko jest w porządku z przewidywaniami teoretycznymi. Powodem jest to, że kiedy badasz zjawiska, które według teorii są niezwykle rzadkie, twoje szanse na dostrzeżenie wkładu jakiegoś bardzo słabego dodatkowego procesu fizycznego stają się znacznie większe. Teraz wiemy, że jeśli istnieją nowe procesy fizyczne (np. nowe siły natury), muszą one bardzo słabo wpływać na znaną nam fenomenologię cząstek elementarnych: dlatego sensowne jest skupienie się na bardzo rzadkich procesach.

Do tej pory Model Standardowy odmawiał nam satysfakcji ze znalezienia czegoś, czego nie przewiduje ani nie zawiera. Ale szukamy dalej i być może pewnego dnia będziemy w stanie lepiej zrozumieć najbardziej złożoną i cudowną łamigłówkę, którą Natura postawiła nam do rozwiązania.