Første højpræcisionsmåling af massen af ​​W boson ved LHC

I et papir offentliggjort i dag i European Physical Journal C , ATLAS Collaboration rapporterer den første højpræcisionsmåling ved Large Hadron Collider (LHC) af massen af ​​W boson. Dette er en af ​​to elementarpartikler, der formidler den svage interaktion - en af ​​de kræfter, der styrer adfærden af ​​stof i vores univers. Det rapporterede resultat giver en værdi på 80370 ± 19 MeV for W -massen, hvilket er i overensstemmelse med forventningen fra standardmodellen for partikelfysik, teorien, der beskriver kendte partikler og deres interaktioner.

Målingen er baseret på omkring 14 millioner W bosoner registreret på et enkelt år (2011), da LHC kørte med energien på 7 TeV. Det matcher tidligere målinger opnået ved LEP, forfaderen til LHC ved CERN, og ved Tevatron, en tidligere accelerator på Fermilab i USA, hvis data gjorde det muligt kontinuerligt at forfine denne måling i løbet af de sidste 20 år.

W boson er en af ​​de tungest kendte partikler i universet. Dens opdagelse i 1983 kronede succesen med CERN's Super proton-antiproton Synchrotron, førte til Nobelprisen i fysik i 1984. Selvom W bosons egenskaber er blevet undersøgt i mere end 30 år, at måle dens masse til høj præcision er stadig en stor udfordring.

"At opnå en så præcis måling på trods af de krævende forhold i en hadron -kollider som LHC er en stor udfordring, "sagde fysikkoordinatoren for ATLAS Collaboration, Tancredi Carli. "Opnåelse af lignende præcision, som tidligere opnået hos andre kolliderer, med kun ét års Run 1-data er bemærkelsesværdigt. Det er en yderst lovende indikation på vores evne til at forbedre vores viden om standardmodellen og lede efter tegn på ny fysik gennem meget præcise målinger. "

Standardmodellen er meget kraftfuld til at forudsige elementære partiklers adfærd og visse egenskaber og gør det muligt at udlede visse parametre fra andre velkendte størrelser. W bosonens masser, topkvarken og Higgs -bosonen for eksempel, er forbundet med kvantefysiske relationer. Det er derfor meget vigtigt at forbedre præcisionen af ​​W-bosonmassemålingerne for bedre at forstå Higgs-bosonen, forfine standardmodellen og test dens samlede konsistens.

Bemærkelsesværdigt, massen af ​​W-bosonen kan forudsiges i dag med en præcision, der overstiger den for direkte målinger. Det er derfor, det er en vigtig ingrediens i søgen efter ny fysik, da enhver afvigelse af den målte masse fra forudsigelsen kunne afsløre nye fænomener, der er i modstrid med standardmodellen.

Målingen er baseret på en grundig kalibrering af detektoren og af den teoretiske modellering af W-bosonproduktionen. Disse blev opnået gennem undersøgelse af Z boson -begivenheder og flere andre hjælpemålinger. Analysens kompleksitet betød, at det tog næsten fem år for ATLAS -teamet at opnå dette nye resultat. Yderligere analyse med den enorme prøve af nu tilgængelige LHC-data, vil tillade endnu større nøjagtighed i den nærmeste fremtid.