После 10 лет тщательного анализа и изучения ученые из коллаборации CDF в Национальной ускорительной лаборатории Ферми Министерства энергетики США объявили сегодня, что они достигли самого точного на сегодняшний день измерения массы W-бозона, одной из частиц, несущих силу в природе. Используя данные, собранные детектором коллайдера в Fermilab, или CDF, ученые теперь определили массу частицы с точностью 0,01% - в два раза точнее, чем предыдущее лучшее измерение. Это соответствует измерению веса 800-фунтовой гориллы с точностью до 1,5 унций.
Новое прецизионное измерение, опубликованное в журнале Наука, позволяет ученым протестировать стандартную модель физики элементарных частиц, теоретическую основу, которая описывает природу на ее самом фундаментальном уровне. Результат: Новое значение массы демонстрирует несоответствие со значением, полученным учеными с использованием экспериментальных и теоретических исходных данных в контексте стандартной модели.
"Количество улучшений и дополнительных проверок, которые были внесены 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 улучшенное понимание нашего детектора частиц, а также достижения в теоретическом и экспериментальном понимании взаимодействий W-бозона с другими частицами. Когда мы наконец обнародовали результат, мы обнаружили, что он отличается от прогноза стандартной модели".
В случае подтверждения это измерение предполагает потенциальную необходимость в усовершенствовании расчета стандартной модели или расширении модели.
Новое значение согласуется со многими предыдущими измерениями массы W-бозона, но есть и некоторые разногласия. Будущие измерения будут необходимы, 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 Fermilab Джо Ликкен.
W-бозон является частицей-посредником слабого ядерного взаимодействия. Он отвечает за ядерные процессы, которые заставляют солнце сиять, а частицы распадаться. Используя столкновения частиц высокой энергии, произведенные коллайдером Теватрон в Фермилабе, коллаборация CDF собрала огромные объемы данных, содержащих W-бозоны, с 1985 по 2011 год.
Физик CDF Крис Хейс из Оксфордского университета сказал: "Измерение CDF проводилось в течение многих лет, причем измеренное значение было скрыто от анализаторов до тех пор, пока процедуры не были полностью изучены. Когда мы обнаружили ценность, это было неожиданностью".
Масса W-бозона примерно в 80 раз превышает массу протона, или примерно 80 000 МэВ/c2. Исследователи CDF работали над достижением все более точных измерений массы W-бозона более 20 лет. Центральной ценностью и неопределенностью их последнего измерения массы является 80,433 +/- 9 МэВ/c2. В этом результате используется весь набор данных, собранный с коллайдера Теватрон в Фермилабе. Он основан на наблюдении за 4,2 миллионами кандидатов на W-бозон, что примерно в четыре раза превышает число, использованное в анализе, опубликованном совместной работой в 2012 году.
"Многие эксперименты на коллайдере позволили измерить массу W-бозона за последние 40 лет", - сказал со-представитель CDF Джорджио Кьярелли из Итальянского национального института ядерной физики (INFN-Pisa). "Это сложные измерения, и они достигли еще большей точности. Нам потребовалось много лет, чтобы проработать все детали и провести необходимые проверки. Это наше самое надежное измерение на сегодняшний день, и расхождение между измеренными и ожидаемыми значениями сохраняется".
Совместная работа также сравнила их результат с наилучшим значением, ожидаемым для массы W-бозона с использованием стандартной модели, которое составляет 80 357 ± 6 МэВ /c2. Это значение основано на сложных расчетах стандартной модели, которые запутанно связывают массу W-бозона с измерениями масс двух других частиц: топ-кварка, открытого на коллайдере Теватрон в Фермилабе в 1995 году, и бозона Хиггса, открытого на Большом адронном коллайдере в ЦЕРНЕ в 2012 году.
Со-представитель CDF Дэвид Тобэк, Texas A & M, заявил, что результат является важным вкладом в тестирование точности стандартной модели. "Теперь дело за сообществом теоретической физики и другими экспериментами, которые должны проследить за этим и пролить свет на эту тайну", - добавил он. "Если разница между экспериментальным и ожидаемым значением обусловлена каким-то новым взаимодействием частиц или субатомов, что является одной из возможностей, есть хороший шанс, что это то, что может быть обнаружено в будущих экспериментах".
Комментарии