На основе данных, полученных в ходе экспериментов 2016 года, ученые, работающие в коллаборации CMS, определили точную массу W-бозона. Полученное значение — 80 360,2 ± 9,9 МэВ — соответствует прогнозам Стандартной модели.
Эксперимент CMS (Compact Muon Solenoid, Компактный мюонный соленоид, установленный в Европейском центре ядерных исследований (ЦЕРН), обнародовал данные, полученные в результате измерения массы W-бозона. Эта фундаментальная частица, наряду с Z-бозоном, является посредником слабого взаимодействия, которое обуславливает одну из форм радиоактивности и термоядерные реакции в недрах звезд.
Масса W-бозона в Стандартной модели находится в тесной зависимости от силы, отвечающей за взаимодействие электромагнитного и слабого типов, а также от масс бозона Хиггса и топ-кварка. Это устанавливает предел для ее значения, который составляет 80 353 ± 6 миллионов электронвольт.
Точное определение массы W-бозона имеет важное значение проверить, если полученные данные не будут соответствовать реальным свойствам этой фундаментальной частицы, входящей в Стандартную модель, то причиной этого могут оказаться не известные на данный момент физические явления, например, новые частицы и взаимодействия.
«Определение массы W-бозона представляет собой сложную задачу, требующую точных измерений и теоретического моделирования его образования и последующего распада на ле́птон (в данном случае – мюон) и нейтрино, как пояснил новый спикер CMS Готье Хамель де Моншеноль.
Ученые из коллаборации CMS сообщили, что проанализировали данные протон-протонных столкновений второго запуска БАК, то есть Большого адронного коллайдера, в 2015-2018 годах. Результатом вычислений стало значение массы W-бозона в 80 360,2 миллиона электронвольт с неопределенностью 9,9 миллиона электронвольт. Полученное значение имеет точность, сопоставимую с измерением CDF (Collider Detector at Fermilab, Детектор столкновений в Фермилабе), и соотносится со всеми предыдущими измерениями, за исключением полученного результата CDF. Информация опубликована на сайте коллаборации CMS.
Масса частицы, измеренная в ходе эксперимента, согласуется с предсказаниями Стандартной модели и результатами предыдущих исследований, за исключением полученных в данном эксперименте данных CDF на бывшем протон-антипротонном коллайдере Теватрон в Фермилабе. Ученым еще предстоит выяснить причины этого.
Большой адронный коллайдер и его детекторы продолжают уточнять свойства фундаментальных и элементарных частиц и проверять Стандартную модель все более строгими испытаниями. Данные из третьего запуска БАК и его обновленной версии, «БАК на высокой светимости», помогут ученым приблизиться к полному пониманию физики.