Как сообщается на сайте ЦЕРН, cорок лет назад физики из ЦЕРНа объявили миру, что они открыли электрически заряженный носитель слабого взаимодействия, одного из четырех фундаментальных взаимодействий природы.

Четыре десятилетия назад, 25 января 1983 года, физики ЦЕРНа объявили миру, что обнаружили новую элементарную частицу — W-бозон. Вместе со своим электрически нейтральным аналогом, Z-бозоном, который был открыт позже в том же году, электрически заряженный W-бозон является посредником в слабом взаимодействии, одном из четырех фундаментальных взаимодействий природы.

Благодаря этой силе W-бозон обеспечивает реакцию ядерного синтеза, питающую Солнце, без которой жизнь в том виде, в каком мы ее знаем, была бы невозможна. W-бозон также отвечает за форму радиоактивности, называемую радиоактивным бета-распадом, которая широко используется в медицине.

Открытие W-бозона стало результатом идеи, предложенной в 1976 году Карло Руббиа, Питером Макинтайром и Дэвидом Клайном - преобразовать крупнейший в то время ускоритель ЦЕРН, Суперпротонный синхротрон (SPS), из ускорителя протонов в машину для столкновения протонов и антипротонов при достаточно высокой энергии, чтобы произвести W и Z-бозоны. Вместе с гениальной техникой «стохастического охлаждения» Саймона ван дер Меера, позволившей уменьшить размер и увеличить плотность протонного, а позднее и антипротонного пучка, эта смелая идея позволила провести эксперименты UA1 и UA2, построенные вокруг SPS, чтобы начать поиск бозонов W и Z в 1981 году.

Два года спустя, на семинаре 20 января 1983 года в Главной аудитории ЦЕРНа, Руббиа, представитель коллаборации UA1, выявил шесть событий-кандидатов на столкновение для W-бозона. На следующий день Луиджи Ди Лелла из коллаборации UA2 представил четыре события-кандидата W, а 25 января 1983 года ЦЕРН сообщил миру об открытии новой частицы.

И если этого было недостаточно, чтобы отпраздновать и увенчать успех преобразованного SPS, за открытием W-бозона несколько месяцев спустя последовало открытие Z-бозона, косвенное свидетельство которого было получено десятилетием ранее в пузырьковой камере ЦЕРН (Gargamelle bubble chamber).

Наблюдения W и Z-бозонов еще раз подтвердили теорию электрослабого взаимодействия, объединяющую электромагнитные и слабые взаимодействия и требующую существования бозона Хиггса, которая была обнаружена на Большом адронном коллайдере (LHC) в 2012 г. Разработаная в 1960-х гг. Шелдоном Глэшоу, Абдусом Саламом и Стивеном Вайнбергом и закрепленная в 1970-х годах Джерардом Хофтом и Мартинусом Велтманом, теория является сегодня краеугольным камнем Стандартной модели физики элементарных частиц.

Открытия W и Z-бозонов были отмечены Нобелевской премией по физике 1984 года. Сорок лет спустя и после многих исследований на LEP и других коллайдерах, включая LHC, бозоны W и Z предоставляют физикам новые способы изучения свойств и поведения материи в самых малых масштабах.

Чтобы привести пару примеров, в 2021 году коллаборация ATLAS сообщила о наблюдении редкого одновременного рождения трех W-бозонов, а CMS получила высокоточное измерение превращения Z-бозонов в невидимые частицы. А в 2022 году, основываясь на данных, собранных бывшим ускорителем Тэватрон, коллаборация CDF объявила о самом точном измерении массы бозона W. Однако значение массы CDF W бозона противоречит предыдущим результатам, в том числе первым на LHC, полученным ATLAS и LHCb, что требует новых измерений с повышенной точностью.

Исследования этих и других аспектов бозонов W и Z будут продолжены на LHC и его запланированной модернизации — LHC высокой светимости.