На сайте ЦЕРН опубликована интересная статья "Improved ATLAS result weighs in on the W boson" о том, что улучшенное измерение массы W-бозона в эксперименте ATLAS соответствует Стандартной модели физики элементарных частиц.

W-бозон, фундаментальная частица, несущая заряженное слабое взаимодействие, является предметом нового точного измерения его массы в эксперименте ATLAS в ЦЕРН.

Предварительный результат основан на повторном анализе выборки из 14 миллионов кандидатов в W-бозоны, образовавшихся в результате протон-протонных столкновений на Большом адронном коллайдере (Large Hadron Collider - LHC).

Новое измерение ATLAS совпадает со всеми предыдущими измерениями массы W и является более точным, за исключением одного — последнего измерения эксперимента CDF на Тэватроне, бывшем ускорителе в Фермилабе.

Вместе со своим электрически нейтральным аналогом, Z-бозоном, электрически заряженный W-бозон является посредником слабого взаимодействия, фундаментальной силы, которая отвечает за форму радиоактивности и инициирует реакцию ядерного синтеза, питающую Солнце.

Открытие частицы в ЦЕРНе 40 лет назад помогло подтвердить теорию электрослабого взаимодействия, объединяющую электромагнитное и слабое взаимодействия. Эта теория теперь является краеугольным камнем Стандартной модели физики элементарных частиц. Исследователи ЦЕРНа, сделавшие открытие, были удостоены Нобелевской премии по физике 1984 года.

С тех пор эксперименты на коллайдерах частиц в ЦЕРНе и других местах позволили еще точнее измерить массу W-бозона. В Стандартной модели масса W-бозона тесно связана с силой электрослабых взаимодействий и массами самых тяжелых фундаментальных частиц, включая Z-бозон, топ-кварк и бозон Хиггса. В этой теории частица должна весить 80354 МэВ с погрешностью в 7 МэВ.

Любое отклонение измеренной массы от предсказания Стандартной модели будет индикатором новых физических явлений, таких как новые частицы или взаимодействия. Чтобы быть чувствительным к таким отклонениям, измерения массы должны быть чрезвычайно точными.

В 2017 году ATLAS опубликовал свое первое измерение массы W-бозона, которое было определено с использованием выборки W-бозонов, зарегистрированной ATLAS в 2011 году, когда LHC работал при энергии столкновения 7 ТэВ. Масса W-бозона оказалась равной 80370 МэВ с погрешностью 19 МэВ.

В то время этот результат представлял собой самое точное значение массы W-бозона, когда-либо полученное в одном эксперименте, и хорошо согласовывалось с предсказанием Стандартной модели и всеми предыдущими экспериментальными результатами, включая результаты экспериментов на Большом электронно-позитронном коллайдере (LEP), предшественнике LHC в ЦЕРН.

В прошлом году коллаборация CDF в Фермилабе объявила о еще более точном измерении, основанном на анализе полного набора данных, собранных на Тэватроне. Результат, 80434 МэВ с погрешностью 9 МэВ, значительно отличался от предсказания Стандартной модели и от других экспериментальных результатов, что потребовало дополнительных измерений, чтобы попытаться определить причину различия.

В своем новом исследовании ATLAS повторно проанализировала свою выборку W-бозонов 2011 года, повысив точность своих предыдущих измерений. Новая масса бозона W, 80360 МэВ с неопределенностью 16 МэВ, на 10 МэВ ниже, чем предыдущий результат ATLAS, и на 16% точнее. Результат согласуется со Стандартной моделью.

Сравнение измеренного значения массы бозона W с другими опубликованными результатами. Вертикальные полосы показывают прогноз Стандартной модели, а горизонтальные полосы и линии показывают статистическую и общую неопределенность результатов (Изображение: ЦЕРН)