Первое высокоточное измерение массы W-бозона на БАКе
Изображение: CERN
В статье, опубликованной сегодня в Европейском физическом журнале (European Physical Journal C), эксперимент ATLAS* сообщает о первом высокоточном измерении на Большом адронном коллайдере (БАК) массы W-бозона.
Это одна из двух элементарных частиц, которые опосредуют слабое взаимодействие — одну из сил, которые управляют поведением материи в нашей вселенной. Полученный результат дает значение 80370 ± 19 MeV для массы W, что согласуется с ожиданием от Стандартной модели физики частиц, теории, описывающей известные частицы и их взаимодействия.
Измерение основано на около 14 млн. бозонов, зарегистрированных за один год (2011 г.), когда БАК работал при энергии 7 ТэВ. W-бозон является одной из самых тяжелых частиц во Вселенной. Его открытие в 1983 году привело ученых к Нобелевской премии по физике в 1984 году. Хотя свойства W-бозона изучались более 30 лет, измерение его массы до высокой точности оставалось основным вызовом для исследователей.
«Достижение такого точного измерения, несмотря на сложные условия, присутствующие в адронном коллайдере, является большой проблемой», — сказал координатор физики ATLAS Collaboration Танкреди Карли. «Это очень перспективное свидетельство нашей способности улучшить наши знания Стандартной модели и искать признаки новой физики с помощью высокоточных измерений».
Стандартная модель очень сильна в прогнозировании поведения и некоторых характеристик элементарных частиц и позволяет вывести некоторые параметры из других известных величин. Например, массы W-бозона, верхнего кварка (u-кварк) и бозона Хиггса связаны квантовыми физическими отношениями. Поэтому очень важно улучшить точность измерений массы W-бозонов для лучшего понимания бозона Хиггса, уточнить стандартную модель и проверить ее общую согласованность.
Примечательно, что массу W-бозона можно предсказать сегодня с точностью, превышающей массу прямых измерений. Именно поэтому он является ключевым элементом в поиске новой физики, поскольку любое отклонение измеренной массы от предсказания может выявить новые явления, противоречащие Стандартной модели.
Измерение основано на тщательной калибровке детектора и теоретического моделирования W-бозонов. Все это было достигнуто путем изучения событий Z-бозона и ряда других вспомогательных измерений. Сложность анализа означала, что потребовалось почти пять лет для команды ATLAS для достижения этого нового результата. Дальнейший анализ с огромным массивом имеющихся сейчас данных БАК позволит в ближайшем будущем еще больше повысить точность.
*ATLAS (от англ. A Toroidal LHC ApparatuS) — один из четырёх основных