Благодаря продолжительным исследованиям, проведенным на коллайдере Tevatron, масса W-бозонов была измерена с высокой степенью достоверности, однако полученный результат не соответствует прогнозам стандартной модели.
Миллионы событий, потенциально являющихся W-бозонами, были обнаружены благодаря анализу данных, полученных с давно остановленного коллайдера ±-бозоны и определить массу этих частиц с беспрецедентной точностью. Тем не менее, полученное физиками значение существенно не соответствует прогнозам стандартной модели. Вероятно, этот результат свидетельствует о прорыве в поисках более всеобъемлющего представления о физической реальности. Об этом сообщается в статье, опубликованной в журнале Science большой коллаборацией CDF, объединившей сотни ученых из 54 вузов мира.
Современная физика основывается на стандартной модели квантовой механики, которая описывает элементарные частицы и фундаментальные взаимодействия, существующие между ними. Бозоны выступают в роли посредников в этих взаимодействиях: фотоны отвечают за электромагнитное взаимодействие, глюоны — за сильное, незаряженные Z-бозоны — за слабое, а также несущие заряд W±-бозоны. Слабое взаимодействие определяет некоторые виды радиоактивного распада и лежит в основе множества процессов, затрагивающих частицы и атомные ядра.
Стандартная модель демонстрирует высокую степень соответствия результатам большинства экспериментов и позволяет делать точные предсказания, которые неоднократно подтверждались. Тем не менее, она не дает полного представления о физической реальности. Например, в рамках этой модели отсутствует описание гравитации, не предусмотрены частицы, которые могли бы объяснить природу темной материи, и так далее. В поисках фундаментальной основы для новой, всеобъемлющей теории, физики проводят эксперименты на ускорителях и коллайдерах. Значительная часть этих исследований направлена на обнаружение новых частиц, не включенных в стандартную модель, либо с уточнением характеристик уже известных. Такие данные могут указать хотя бы на направление поисков новой теории.
Физики из международной коллаборации CDF также провели анализ данных, полученных с коллайдера Tevatron, расположенного в американской Национальной ускорительной обсерватории имени Ферми. Эксперименты были завершены еще в 2011 году, но анализ собранной информации продолжается. Исследователи изучали W-бозоны, которые возникали в процессе столкновений протонов и антипротонов на детекторе CDF-II.
В ходе исследований, проводившихся в период с 1985 по 2011 год, было зафиксировано приблизительно 4,2 миллиона подобных объектов. Выполненные расчеты, обладающие точностью около 0,01 процента (что вдвое превосходит предыдущие результаты), определили массу W-бозонов как 80433 МэВ/с 2. Масса этого бозона примерно в 80 раз превышает массу протона. Однако ключевым является то, что стандартная модель предсказывает его значение равным 80357 МэВ/с 2. Разница между новым измерением массы W-бозона и предыдущими данными достаточно велика (более семи сигма), чтобы исключить возможность случайной ошибки или незначительного отклонения.
Интерпретация полученного результата пока остается неопределенной, однако, возможно, она станет понятнее благодаря новым ускорителям и коллайдерам частиц, которые планируются или уже возводятся в различных странах. Эти устройства позволят зафиксировать W-бозоны, образующиеся в ходе других реакций, что позволит более точно проверить и скорректировать полученные данные.