Самое точное измерение массы W-бозона противоречит стандартной модели

После 10 лет тщательного анализа и тщательного изучения ученые из коллаборации CDF в Национальной ускорительной лаборатории имени Ферми Министерства энергетики США объявили сегодня о том, что они достигли наиболее точного на сегодняшний день измерения массы бозона W, одного из переносчиков сил природы. частицы. Используя данные, собранные детектором коллайдера в Фермилабе, или CDF, ученые теперь определили массу частицы с точностью 0,01% — в два раза точнее, чем предыдущее лучшее измерение. Это соответствует измерению веса гориллы весом 800 фунтов до 1,5 унций.


Новое прецизионное измерение, опубликованное в журнале Наука, позволяет ученым проверить Стандартную модель физики элементарных частиц, теоретическую основу, описывающую природу на ее самом фундаментальном уровне. Результат: новое значение массы показывает противоречие со значением, полученным учеными с использованием экспериментальных и теоретических данных в контексте Стандартной модели.

«Количество улучшений и дополнительных проверок, которые вошли в наш результат, огромно», — сказал Ашутош В. Котвал из Университета Дьюка, который руководил этим анализом и является одним из 400 ученых в сотрудничестве CDF. «Мы приняли во внимание наше лучшее понимание нашего детектора частиц, а также достижения в теоретическом и экспериментальном понимании взаимодействия бозона W с другими частицами. Когда мы наконец обнародовали результат, мы обнаружили, что он отличается от предсказания Стандартной модели».

В случае подтверждения это измерение указывает на потенциальную потребность в улучшении расчетов Стандартной модели или расширении модели.

Новое значение согласуется со многими предыдущими измерениями массы W-бозона, но есть и некоторые разногласия. Будущие измерения потребуются, чтобы пролить больше света на результат.

«Хотя это интригующий результат, измерение должно быть подтверждено другим экспериментом, прежде чем его можно будет полностью интерпретировать», — сказал заместитель директора Фермилаб Джо Ликкен.

Бозон W является частицей-мессенджером слабого ядерного взаимодействия. Он отвечает за ядерные процессы, из-за которых светит солнце и распадаются частицы. Используя столкновения высокоэнергетических частиц, производимые коллайдером Тэватрон в Фермилабе, коллаборация CDF собрала огромное количество данных, содержащих W-бозоны, с 1985 по 2011 год.

Физик CDF Крис Хейс из Оксфордского университета сказал: «Измерение CDF проводилось в течение многих лет, при этом измеренное значение было скрыто от анализаторов до тех пор, пока процедуры не были полностью изучены. Когда мы обнаружили значение, это было неожиданностью. “

Масса бозона W примерно в 80 раз больше массы протона, или примерно 80 000 МэВ/с.2. Исследователи CDF работали над достижением все более точных измерений массы W-бозона более 20 лет. Центральное значение и неопределенность их последнего измерения массы составляет 80 433 +/- 9 МэВ/с.2. Этот результат использует весь набор данных, собранный с коллайдера Тэватрон в Фермилабе. Он основан на наблюдении 4,2 миллиона кандидатов в бозоны W, что примерно в четыре раза превышает число, использованное в анализе, опубликованном коллаборацией в 2012 году.