Фізики найточніше в історії Великого адронного колайдера виміряли масу W-бозона — частинки, що переносить слабку взаємодію між іншими елементарними частинками. Її оцінили в 80360 мегаелектронвольтів, що близько до передбачень Стандартної моделі, згідно з якою маса W-бозона становить 80353 мегаелектронвольти. Отримане значення не підтверджує результат, отриманий фізиками у 2022 році, який відхилявся від Стандартної моделі та натякав на можливу нову фізику. Дослідження опублікували в журналі Nature.
W-бозон вперше зафіксували у 1982 році в колайдері протонів й антипротонів. CERN
Навіщо зважувати W-бозон із такою точністю?
W-бозон для фізиків важливий тому, що його масу можна не лише виміряти, а й дуже точно передбачити за Стандартною моделлю — головною теорією, яка описує відомі елементарні частинки та їхні взаємодії. Якщо експеримент дає результати, які помітно не збігаються з прогнозом, це може бути сигналом того, що в природі є ще невідомі частинки або ефекти. Саме тому американський експеримент CDF у 2022 році викликав такий ажіотаж: отримані значення виявилися значно вищими за очікувані й суперечили більшості інших вимірювань.
Вимірювання маси W-бозона та передбачення Стандартної моделі (пунктирна лінія). Усі вимірювання, окрім експерименту CDF, узгоджуються з моделлю. Nature
Щоб уточнити масу частинки, дослідники колаборації CMS при Великому адронному колайдері проаналізували дані 117 мільйонів зіткнень протонів, зібрані у 2016 році, і використали велику вибірку розпадів W-бозона на мюон і нейтрино. Детектор майже не бачить нейтрино, тож масу частинки доводилося відновлювати непрямо — за рухом мюона та загальним балансом енергії в події. Для цього фізики дуже точно відкалібрували детектор і звірили його роботу на інших добре вивчених частинках, зокрема Z-бозоні. У підсумку дослідники отримали масу W-бозона з точністю плюс-мінус 9,9 мегаелектронвольта.
Які ще дослідження проводять над елементарними частинками
⚖️ Фізики Європейської організації з ядерних досліджень вже уточнювали масу W-бозона, що також підтвердило передбачення Стандартної моделі.
🔎 За допомогою оновленого детектора дослідники виявили важкого родича протона, який допоможе краще зрозуміти сильну взаємодію.
✨ Інший експеримент зі спостереження за розпадом рідкісної частинки каона натякнув на нові фізичні явища, не порушивши Стандартної моделі.
