Cea mai precisă măsurătoare a masei bosonilor W făcută vreodată diferă de predicția modelului standard

Cea mai precisă măsurare făcută vreodată a masei bosonului W arată o tensiune cu modelul standard.

După 10 ani de analiză și control atent, oamenii de știință de la CDF Collaboration de la Laboratorul Național Accelerator Fermi al Departamentului de Energie al SUA au anunțat pe 7 aprilie 2022 că au făcut cea mai precisă măsurare până în prezent a masei bosonului W, unul dintre particulele naturii purtătoare de forță. Folosind datele colectate de Detectorul de coliziune al Fermilab, sau CDF, oamenii de știință au determinat acum masa particulei cu o precizie de 0,01%, de două ori mai precisă decât cea mai bună măsurătoare anterioară. Aceasta corespunde cu măsurarea greutății unei gorile de la 800 de lire sterline la 1,5 uncii.

Noua măsurătoare de precizie, publicată în jurnal Ştiinţă, le permite oamenilor de știință să testeze Modelul standard al fizicii particulelor, cadrul teoretic care descrie natura la nivelul său cel mai fundamental. Rezultatul: Noua valoare a masei arată o tensiune cu valoarea pe care oamenii de știință o obțin folosind date experimentale și teoretice în contextul Modelului Standard.

Detector de coliziune Fermilab

Detectorul de coliziune al Fermilab a înregistrat ciocniri de particule de mare energie produse de colizionatorul Tevatron din 1985 până în 2011. Aproximativ 400 de oameni de știință din 54 de instituții din 23 de țări lucrează încă la bogăția de date colectate de experiment. Credit: Fermilab

„Numărul de îmbunătățiri și verificări suplimentare aduse rezultatului nostru este enorm”, a spus Ashutosh V. Kotwal de la Universitatea Duke, care a condus această analiză și este unul dintre cei 400 de oameni de știință din colaborarea CDF. „Am luat în considerare o mai bună înțelegere a detectorului nostru de particule, precum și progresele în înțelegerea teoretică și experimentală a interacțiunilor bosonului W cu alte particule. Când am lansat în sfârșit rezultatul, am constatat că acesta diferă de predicția modelului standard.

Dacă este confirmată, această măsură sugerează nevoia potențială de îmbunătățiri în calculul modelului standard sau extinderi ale modelului.

Oamenii de știință au determinat acum masa bosonului W cu o precizie de 0,01%. Aceasta este de două ori mai precisă decât cea mai bună măsurătoare anterioară și arată tensiunea cu modelul standard.

Noua valoare este de acord cu multe măsurători anterioare ale masei bosonilor W, dar există și unele dezacorduri. Vor fi necesare măsurători viitoare pentru a face lumină în continuare asupra rezultatului.

READ  Cum ar putea fi tratate bolile de inimă cu nanoparticule

„Deși acesta este un rezultat intrigant, măsurarea trebuie confirmată printr-un alt experiment înainte de a putea fi interpretată pe deplin”, a spus directorul adjunct al Fermilab, Joe Lykken.

Bosonul W este o particulă mesager al forței nucleare slabe. Este responsabil pentru procesele nucleare care provoacă strălucirea soarelui și dezintegrarea particulelor. Folosind ciocniri de particule de înaltă energie produse de colizionatorul Tevatron al Fermilab, colaborarea CDF a colectat cantități uriașe de date care conțin bozoni W din 1985 până în 2011.

Model standard de particule elementare

Bosonul W este particula mesageră a forței nucleare slabe. Este responsabil pentru procesele nucleare care provoacă strălucirea soarelui și dezintegrarea particulelor. Oamenii de știință CDF studiază proprietățile bosonului W folosind datele pe care le-au colectat la Tevatron Collider de la Fermilab. Credit: Laboratorul Național Fermi Accelerator

Fizicianul CDF Chris Hays de la[{” attribute=””>University of Oxford said, “The CDF measurement was performed over the course of many years, with the measured value hidden from the analyzers until the procedures were fully scrutinized. When we uncovered the value, it was a surprise.”

The mass of a W boson is about 80 times the mass of a proton, or approximately 80,000 MeV/c2. CDF researchers have worked on achieving increasingly more precise measurements of the W boson mass for more than 20 years. The central value and uncertainty of their latest mass measurement is 80,433 +/- 9 MeV/c2. This result uses the entire dataset collected from the Tevatron collider at Fermilab. It is based on the observation of 4.2 million W boson candidates, about four times the number used in the analysis the collaboration published in 2012.

W Boson Mass Comparison

The mass of a W boson is about 80 times the mass of a proton, or approximately 80,000 MeV/c2. Scientists of the Collider Detector at Fermilab collaboration have achieved the world’s most precise measurement. The CDF value has a precision of 0.01 percent and is in agreement with many W boson mass measurements. It shows tension with the value expected based on the Standard Model of particle physics. The horizontal bars indicate the uncertainty of the measurements achieved by various experiments. The LHCb result was published after this paper was submitted and is 80354+- 32 MeV/c2. Credit: CDF collaboration

“Many collider experiments have produced measurements of the W boson mass over the last 40 years,” said CDF co-spokesperson Giorgio Chiarelli, Italian National Institute for Nuclear Physics (INFN-Pisa). “These are challenging, complicated measurements, and they have achieved ever more precision. It took us many years to go through all the details and the needed checks. It is our most robust measurement to date, and the discrepancy between the measured and expected values persists.”

READ  Într-o sculptură veche de 2.000 de ani, un ...

The collaboration also compared their result to the best value expected for the W boson mass using the Standard Model, which is 80,357 ± 6 MeV/c2. This value is based on complex Standard Model calculations that intricately link the mass of the W boson to the measurements of the masses of two other particles: the top quark, discovered at the Tevatron collider at Fermilab in 1995, and the Higgs boson, discovered at the Large Hadron Collider at CERN in 2012.

CDF co-spokesperson David Toback, Texas A&M University, stated the result is an important contribution to testing the accuracy of the Standard Model. “It’s now up to the theoretical physics community and other experiments to follow up on this and shed light on this mystery,” he added. “If the difference between the experimental and expected value is due to some kind of new particle or subatomic interaction, which is one of the possibilities, there’s a good chance it’s something that could be discovered in future experiments.”

Reference: “High-precision measurement of the W boson mass with the CDF II detector” by CDF Collaboration, T. Aaltonen, S. Amerio, D. Amidei, A. Anastassov, A. Annovi, J. Antos, G. Apollinari, J. A. Appel, T. Arisawa, A. Artikov, J. Asaadi, W. Ashmanskas, B. Auerbach, A. Aurisano, F. Azfar, W. Badgett, T. Bae, A. Barbaro-Galtieri, V. E. Barnes, B. A. Barnett, P. Barria, P. Bartos, M. Bauce, F. Bedeschi, S. Behari, G. Bellettini, J. Bellinger, D. Benjamin, A. Beretvas, A. Bhatti, K. R. Bland, B. Blumenfeld, A. Bocci, A. Bodek, D. Bortoletto, J. Boudreau, A. Boveia, L. Brigliadori, C. Bromberg, E. Brucken, J. Budagov, H. S. Budd, K. Burkett, G. Busetto, P. Bussey, P. Butti, A. Buzatu, A. Calamba, S. Camarda, M. Campanelli, B. Carls, D. Carlsmith, R. Carosi, S. Carrillo, B. Casal, M. Casarsa, A. Castro, P. Catastini, D. Cauz, V. Cavaliere, A. Cerri, L. Cerrito, Y. C. Chen, M. Chertok, G. Chiarelli, G. Chlachidze, K. Cho, D. Chokheli, A. Clark, C. Clarke, M. E. Convery, J. Conway, M. Corbo, M. Cordelli, C. A. Cox, D. J. Cox, M. Cremonesi, D. Cruz, J. Cuevas, R. Culbertson, N. d’Ascenzo, M. Datta, P. de Barbaro, L. Demortier, M. Deninno, M. D’Errico, F. Devoto, A. Di Canto, B. Di Ruzza, J. R. Dittmann, S. Donati, M. D’Onofrio, M. Dorigo, A. Driutti, K. Ebina, R. Edgar, A. Elagin, R. Erbacher, S. Errede, B. Esham, S. Farrington, J. P. Fernández Ramos, R. Field, G. Flanagan, R. Forrest, M. Franklin, J. C. Freeman, H. Frisch, Y. Funakoshi, C. Galloni, A. F. Garfinkel, P. Garosi, H. Gerberich, E. Gerchtein, S. Giagu, V. Giakoumopoulou, K. Gibson, C. M. Ginsburg, N. Giokaris, P. Giromini, V. Glagolev, D. Glenzinski, M. Gold, D. Goldin, A. Golossanov, G. Gomez, G. Gomez-Ceballos, M. Goncharov, O. González López, I. Gorelov, A. T. Goshaw, K. Goulianos, E. Gramellini, C. Grosso-Pilcher, J. Guimaraes da Costa, S. R. Hahn, J. Y. Han, F. Happacher, K. Hara, M. Hare, R. F. Harr, T. Harrington-Taber, K. Hatakeyama, C. Hays, J. Heinrich, M. Herndon, A. Hocker, Z. Hong, W. Hopkins, S. Hou, R. E. Hughes, U. Husemann, M. Hussein, J. Huston, G. Introzzi, M. Iori, A. Ivanov, E. James, D. Jang, B. Jayatilaka, E. J. Jeon, S. Jindariani, M. Jones … P. Wagner, R. Wallny, S. M. Wang, D. Waters, W. C. Wester, D. Whiteson, A. B. Wicklund, S. Wilbur, H. H. Williams, J. S. Wilson, P. Wilson, B. L. Winer, P. Wittich, S. Wolbers, H. Wolfmeister, T. Wright, X. Wu, Z. Wu, K. Yamamoto, D. Yamato, T. Yang, U. K. Yang, Y. C. Yang, W.-M. Yao, G. P. Yeh, K. Yi, J. Yoh, K. Yorita, T. Yoshida, G. B. Yu, I. Yu, A. M. Zanetti, Y. Zeng, C. Zhou and S. Zucchelli, 7 April 2022, Science.
DOI: 10.1126/science.abk1781

READ  Oamenii de știință intenționează să tragă o încărcătură masivă de spermă pe lună

The CDF collaboration comprises 400 scientists at 54 institutions in 23 countries.

Faci un comentariu sau dai un răspuns?

Adresa ta de email nu va fi publicată. Câmpurile obligatorii sunt marcate cu *