Najbardziej precyzyjne pomiary masy bozonu W uspokoiły fizyków
Gdy cząstki elementarne mają wyższą lub niższą masę, niż się spodziewano, fizycy mają problem. Pojawiają się przypuszczenia, że to, co dotychczas wiedzieliśmy o wszechświecie nie jest prawdą. Cząstka, której masa wykracza poza tę przewidzianą teoriami, podważa założenia dotyczące sił tworzących naszą rzeczywistość. Tak właśnie było od kilku lat z bozonem W.
Bozon W to cząstka przenosząca tzw. oddziaływanie słabe, jedno z czterech oddziaływań podstawowych. W Modelu Standardowym masa bozonu W jest ściśle powiązana z masą bozonu Z. Znając jedną, można przewidzieć drugą. To wewnętrznie spójny układ. Masa bozonu Z znana jest z niezwykłą precyzją — 22 części na milion — dzięki pomiarom wykonanym w akceleratorze LEP w CERN-ie. Masa bozonu W była określona jednak znacznie mniej precyzyjnie.
Problem zaczął narastać w 2022 roku. Wtedy to, po 10 latach analiz i wielokrotnego sprawdzania wyników, badacze z projektu CDF collaboration w Fermilab ogłosili, że dokonali najbardziej precyzyjnych pomiarów masy bozonu W. Zmierzono ją z dokładnością 0,01% i okazało się, że wykracza ona poza obliczenia dokonane na podstawie Modelu Standardowego. Obliczenia te, w których wykorzystano pomiary masy kwarka górnego i bozonu Higgsa, dały wynik 80 357 ± 6 MeV/c2. Tymczasem z pomiarów samego bozonu wynikało, że jego masa to 80 433 ± 9 MeV/c2. Różnica między teoretycznymi wyliczeniami a pomiarami jest więc widoczna. Fizycy zaczęli zastanawiać się, czy Model Standardowy nie wymaga poprawek.
Teraz do gry wkroczył eksperyment CMS przy Wielkim Zderzaczu Hadronów w CERNie. Naukowcy przeanalizowali ponad 117 milionów rozpadów bozonu W na mion i neutrino, zarejestrowanych w 2016 roku. Zastosowali zaawansowane metody statystyczne i najnowocześniejsze obliczenia teoretyczne, by wycisnąć z danych maksimum informacji. Dowiedzieli się dzięki temu, że masa bozonu W wynosi 80 360,2 ± 9,9 MeV/c2. To wartość zgodna z przewidywaniami Modelu Standardowego i jednocześnie wyraźnie niższa niż pomiar CDF.
Model Standardowy obronił się więc po raz kolejny. Wciąż jest spójny i nie ma potrzeby poszukiwania „nowej fizyki”.
Ze szczegółami nowych pomiarów można zapoznać się w artykule High-precision measurement of the W boson mass with the CMS experiment.
Komentarze (0)