I ett papper publicerat idag i European Physical Journal C , ATLAS Collaboration rapporterar den första högprecisionsmätningen vid Large Hadron Collider (LHC) av W bosons massa. Detta är en av två elementära partiklar som förmedlar den svaga interaktionen - en av de krafter som styr materiens beteende i vårt universum. Det rapporterade resultatet ger ett värde av 80370 ± 19 MeV för W -massan, vilket överensstämmer med förväntningarna från standardmodellen för partikelfysik, teorin som beskriver kända partiklar och deras interaktioner.

Mätningen baseras på cirka 14 miljoner W bosoner registrerade under ett enda år (2011), när LHC kördes med energin 7 TeV. Den matchar tidigare mätningar som erhållits vid LEP, förfader till LHC vid CERN, och vid Tevatron, en tidigare accelerator på Fermilab i USA, vars data gjorde det möjligt att kontinuerligt förfina denna mätning under de senaste 20 åren.

W boson är en av de tyngsta kända partiklarna i universum. Upptäckten 1983 krönt framgången för CERN:s Super proton-antiproton Synchrotron, som ledde till Nobelpriset i fysik 1984. Även om W bosons egenskaper har studerats i mer än 30 år, att mäta sin massa till hög precision är fortfarande en stor utmaning.

"Det är en stor utmaning att uppnå en så exakt mätning trots de krävande förhållandena i en hadron -kolliderare som LHC. "sa fysikkoordinatorn för ATLAS Collaboration, Tancredi Carli. "Uppnår liknande precision, som tidigare erhållits hos andra kolliderare, med bara ett års körning 1 -data är anmärkningsvärt. Det är en extremt lovande indikation på vår förmåga att förbättra vår kunskap om standardmodellen och leta efter tecken på ny fysik genom mycket exakta mätningar. "

Standardmodellen är mycket kraftfull för att förutsäga elementärpartiklarnas beteende och vissa egenskaper och gör det möjligt att härleda vissa parametrar från andra välkända mängder. W bosonens massor, toppkvarken och Higgs boson till exempel, är kopplade till kvantfysikrelationer. Det är därför mycket viktigt att förbättra precisionen i W bosons massmätningar för att bättre förstå Higgs boson, förfina standardmodellen och testa dess övergripande konsistens.

Anmärkningsvärt, massan av W boson kan förutses idag med en precision som överstiger den för direkta mätningar. Det är därför det är en viktig ingrediens i sökandet efter ny fysik, eftersom varje avvikelse av den uppmätta massan från förutsägelsen kan avslöja nya fenomen som strider mot standardmodellen.

Mätningen bygger på en noggrann kalibrering av detektorn och på den teoretiska modelleringen av W bosonproduktionen. Dessa uppnåddes genom studier av Z boson -händelser och flera andra kompletterande mätningar. Analysens komplexitet innebar att det tog nästan fem år för ATLAS -teamet att uppnå detta nya resultat. Ytterligare analys med det enorma urvalet av nu tillgängliga LHC-data, kommer att möjliggöra ännu större noggrannhet inom en snar framtid.