突破！費米實(shí)驗室實(shí)現迄今為止W玻色子質(zhì)量最精確測量

經(jīng)過(guò)10年的仔細分析和審查，美國能源部費米國家加速器實(shí)驗室對撞機探測器(CDF)合作項目的科學(xué)家7日宣布，他們實(shí)現了迄今為止對W玻色子質(zhì)量的最精確測量，W玻色子是自然界的載力粒子之一。利用費米實(shí)驗室CDF收集的數據，科學(xué)家們現在已經(jīng)以0.01%的精度確定了粒子的質(zhì)量，這是以前最佳測量值的兩倍。

發(fā)表在《科學(xué)》雜志上的新精確測量值，將使科學(xué)家能夠測試粒子物理學(xué)的標準模型，這是從最基本層面描述自然的理論框架。測量結果是，新的質(zhì)量值顯示了科學(xué)家在標準模型的背景下使用實(shí)驗和理論輸入獲得的值之間的差異。

如果確認，此測量結果表明可能需要改進(jìn)標準模型計算或擴展模型。新測量值與之前的許多W玻色子質(zhì)量測量值一致，但也存在一些差異，未來(lái)的測量將需要更多地闡明結果。

費米實(shí)驗室副主任喬·萊肯說(shuō)：“雖然這是一個(gè)有趣的結果，但測量結果需要通過(guò)另一個(gè)實(shí)驗來(lái)確認，然后才能完全解釋。”

W玻色子是負責傳遞弱核力的基本粒子，它負責使太陽(yáng)發(fā)光和粒子衰變的核過(guò)程。利用費米實(shí)驗室的Tevatron對撞機產(chǎn)生的高能粒子碰撞，CDF合作項目收集了1985年至2011年間包含W玻色子的大量數據。

W玻色子的質(zhì)量大約是質(zhì)子質(zhì)量的80倍，或大約80000MeV/c2。20多年來(lái)，CDF研究人員一直致力于實(shí)現對W玻色子質(zhì)量越來(lái)越精確的測量。最新質(zhì)量測量的中心值和不確定度為80433±9MeV/c2。該結果使用了從費米實(shí)驗室Tevatron對撞機收集的整個(gè)數據集。它基于對420萬(wàn)個(gè)W玻色子者的觀(guān)察，大約是2012年發(fā)布的合作分析中使用的數量的4倍。

“過(guò)去40年來(lái)，許多對撞機實(shí)驗都對W玻色子質(zhì)量進(jìn)行了測量。”意大利國家核物理研究所的CDF聯(lián)合發(fā)言人喬治·基亞雷利說(shuō)，“這些都是具有挑戰性的、復雜的測量，而且它們已經(jīng)達到了很高的精度。我們花了很多年的時(shí)間來(lái)完成所有的細節和必要的檢查。這是我們迄今為止最可靠的測量，測量值和預期值之間的差異仍然存在。”

研究人員還將他們的結果與使用標準模型對W玻色子質(zhì)量的預期最佳值80357±6MeV/c2進(jìn)行了比較。該值基于復雜的標準模型計算，該計算將W玻色子的質(zhì)量與其他兩個(gè)粒子的質(zhì)量的測量值錯綜復雜地聯(lián)系起來(lái)：1995年在費米實(shí)驗室Tevatron對撞機中發(fā)現的頂夸克和2012年在歐洲核子研究中心大型強子對撞機中發(fā)現的希格斯玻色子。

總編輯圈點(diǎn)：

CDF項目歷經(jīng)了許多年，精確的測量值其實(shí)一直隱藏在分析儀中，直到項目得到全面審查，科學(xué)家才將這個(gè)驚喜結果帶到世人面前。這一結果對測試標準模型的準確性作出了重要貢獻，理論物理學(xué)界和其他實(shí)驗也都將跟進(jìn)并繼續闡明這個(gè)問(wèn)題，如果實(shí)驗值和預期值之間的差異真的是由于某種新的粒子或亞原子相互作用造成的，那么它終歸有一天會(huì )被發(fā)現。(科技日報記者 張夢(mèng)然)

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關(guān)鍵詞： 費米實(shí)驗室 W玻色子質(zhì)量 最精確測量 粒子物理學(xué)