Collider Detector på Fermilab registrerade högenergipartikelkollisioner producerade av Tevatron-kollideren från 1985 till 2011. Omkring 400 forskare vid 54 institutioner i 23 länder arbetar fortfarande med den mängd data som samlats in genom experimentet. Kredit:Fermilab
Efter 10 år av noggrann analys och granskning meddelade forskare från CDF-samarbetet vid det amerikanska energidepartementets Fermi National Accelerator Laboratory idag att de har uppnått den mest exakta mätningen hittills av massan av W-bosonen, en av naturens kraftbärande partiklar. Med hjälp av data som samlats in av Collider Detector på Fermilab, eller CDF, har forskare nu bestämt partikelns massa med en precision på 0,01 % - dubbelt så exakt som den tidigare bästa mätningen. Det motsvarar att mäta vikten av en 800-punds gorilla till 1,5 uns.
Den nya precisionsmätningen, publicerad i tidskriften Science , tillåter forskare att testa standardmodellen för partikelfysik, det teoretiska ramverket som beskriver naturen på dess mest grundläggande nivå. Resultatet:Det nya massvärdet visar på spänningar med det värde som forskarna får med hjälp av experimentella och teoretiska indata inom ramen för standardmodellen.
"Antalet förbättringar och extra kontroller som gick in i vårt resultat är enormt", säger Ashutosh V. Kotwal från Duke University, som ledde denna analys och är en av de 400 forskarna i CDF-samarbetet. "Vi tog hänsyn till vår förbättrade förståelse av vår partikeldetektor samt framsteg i den teoretiska och experimentella förståelsen av W-bosonens interaktioner med andra partiklar. När vi slutligen avslöjade resultatet fann vi att det skilde sig från standardmodellens förutsägelse."
Om den bekräftas, föreslår denna mätning det potentiella behovet av förbättringar av standardmodellberäkningen eller utökningar av modellen.
Det nya värdet överensstämmer med många tidigare W-bosonmassmätningar, men det finns också vissa meningsskiljaktigheter. Framtida mätningar kommer att behövas för att belysa resultatet bättre.
W-bosonen är budbärarpartikeln för den svaga kärnkraften. Den är ansvarig för de kärnprocesser som gör att solen skiner och partiklar förfaller. CDF-forskare studerar egenskaperna hos W-bosonen med hjälp av data som de samlat in vid Tevatron Collider i Fermilab. Kredit:Fermilab
"Även om detta är ett spännande resultat, måste mätningen bekräftas av ett annat experiment innan det kan tolkas fullt ut", säger Fermilabs biträdande direktör Joe Lykken.
W-bosonen är en budbärarpartikel av den svaga kärnkraften. Den är ansvarig för de kärnprocesser som gör att solen skiner och partiklar förfaller. Genom att använda högenergipartikelkollisioner producerade av Tevatron-kollideren vid Fermilab, samlade CDF-samarbetet in enorma mängder data som innehöll W-bosoner från 1985 till 2011.
CDF-fysikern Chris Hays från University of Oxford sa:"CDF-mätningen utfördes under loppet av många år, med det uppmätta värdet dolt från analysatorerna tills procedurerna var fullständigt granskade. När vi avslöjade värdet var det en överraskning. "
Massan av en W-boson är ungefär 80 gånger massan av en proton, eller ungefär 80 000 MeV/c 2 . CDF-forskare har arbetat med att uppnå allt mer exakta mätningar av W-bosonmassan i mer än 20 år. Det centrala värdet och osäkerheten för deras senaste massmätning är 80 433 +/- 9 MeV/c 2 . Detta resultat använder hela datamängden som samlats in från Tevatron-kollideren vid Fermilab. Den är baserad på observation av 4,2 miljoner W-bosonkandidater, ungefär fyra gånger så många som användes i analysen som samarbetet publicerade 2012.
"Många kolliderexperiment har producerat mätningar av W-bosonmassan under de senaste 40 åren", säger CDF:s medtalesman Giorgio Chiarelli, italienska nationella institutet för kärnfysik (INFN-Pisa). "Det här är utmanande, komplicerade mätningar och de har uppnått allt mer precision. Det tog oss många år att gå igenom alla detaljer och nödvändiga kontroller. Det är vår mest robusta mätning hittills, och skillnaden mellan uppmätta och förväntade värden kvarstår."
Massan av en W-boson är ungefär 80 gånger massan av en proton, eller ungefär 80 000 MeV/c2. Forskare av Collider Detector vid Fermilab samarbete har uppnått världens mest exakta mätning. CDF-värdet har en precision på 0,01 procent och överensstämmer med många W-bosonmassmätningar. Den visar spänning med det förväntade värdet baserat på standardmodellen för partikelfysik. De horisontella staplarna indikerar osäkerheten i de mätningar som uppnåtts genom olika experiment. Kredit:CDF-samarbete
Samarbetet jämförde också deras resultat med det bästa förväntade värdet för W-bosonmassan med standardmodellen, som är 80 357 ± 6 MeV/c 2 . Detta värde är baserat på komplexa standardmodellberäkningar som på ett intrikat sätt kopplar massan av W-bosonen till mätningarna av massorna av två andra partiklar:toppkvarken, upptäckt vid Tevatron-kollideren vid Fermilab 1995, och Higgs-bosonen, upptäckt kl. Large Hadron Collider vid CERN 2012.
CDF:s medtalesman David Toback, Texas A&M, sa att resultatet är ett viktigt bidrag till att testa standardmodellens noggrannhet. "Det är nu upp till den teoretiska fysikgemenskapen och andra experiment att följa upp detta och belysa detta mysterium," tillade han. "Om skillnaden mellan det experimentella och förväntade värdet beror på någon form av ny partikel eller subatomär interaktion, vilket är en av möjligheterna, finns det en god chans att det är något som kan upptäckas i framtida experiment." + Utforska vidare
