Talking ScienceΤο πολυαναμενόμενο αποτέλεσμα είναι η πιο ακριβής μέτρηση της μάζας W που έγινε στον LHC μέχρι στιγμής και είναι σύμφωνη με την πρόβλεψη από το Καθιερωμένο Μοντέλο της Φυσικής των Σωματιδίων.
Γενεύη, 17 Σεπτεμβρίου 2024. Το πείραμα CMS στο CERN είναι το τελευταίο που στάθμισε τη μάζα του μποζονίου W – ενός στοιχειώδους σωματιδίου που, μαζί με το μποζόνιο Ζ, μεσολαβεί στην ασθενή δύναμη, η οποία είναι υπεύθυνη για μια μορφή ραδιενέργειας και εκκινεί την αντίδραση πυρηνικής σύντηξης που τροφοδοτεί τον Ήλιο.
Σε ένα σεμινάριο που πραγματοποιήθηκε στο CERN σήμερα, η συνεργασία CMS ανέφερε πώς ανέλυσε δεδομένα σύγκρουσης πρωτονίου-πρωτονίου από τη δεύτερη σειρά του Μεγάλου Επιταχυντή Αδρονίων, του κορυφαίου επιταχυντή σωματιδίων του Εργαστηρίου, για να κάνει την πρώτη μέτρηση μάζας αυτού του θεμελιώδους σωματιδίου.
Το αποτέλεσμα είναι η ακριβέστερη μέτρηση της μάζας W που έγινε μέχρι στιγμής στον LHC και είναι σύμφωνη με την πρόβλεψη από το Καθιερωμένο Μοντέλο της Φυσικής των Σωματιδίων και με όλες τις προηγούμενες μετρήσεις, εκτός από τη μέτρηση από το πείραμα CDF στο προηγούμενο πρωτόνιο– Επιταχυντής αντιπρωτονίου Tevatron στο Fermilab.
Στο Καθιερωμένο Μοντέλο, η μάζα W σχετίζεται στενά με την ισχύ της αλληλεπίδρασης που ενοποιεί τις ηλεκτρομαγνητικές και ασθενείς δυνάμεις και με τις μάζες του μποζονίου Higgs και του κορυφαίου κουάρκ, που περιορίζουν την τιμή της στα 80353 εκατομμύρια ηλεκτρονβολτ (MeV) εντός μιας αβεβαιότητας. των 6 MeV.
Επομένως, η μέτρηση της μάζας του μποζονίου W με υψηλή ακρίβεια καθιστά δυνατό να ελεγχθεί εάν όλες αυτές οι ιδιότητες ευθυγραμμίζονται ή όχι με τρόπο που να συνάδει με το Καθιερωμένο Μοντέλο. Εάν δεν το κάνουν, η αιτία θα μπορούσε να είναι νέα φαινόμενα φυσικής, όπως νέα σωματίδια ή αλληλεπιδράσεις.
Από την ανακάλυψή του στο CERN πριν από περίπου 40 χρόνια, το μποζόνιο W έχει μετρηθεί με μεγαλύτερη ακρίβεια στη μάζα του με πολλά πειράματα επιταχυντών, στο CERN και αλλού. Το 2022, μια εκπληκτικά υψηλή τιμή της μάζας του που μετρήθηκε με το πείραμα CDF βύθισε το σωματίδιο σε μια «κρίση μέσης ηλικίας». Η μάζα του μποζονίου CDF W, 80433,5 MeV με αβεβαιότητα 9,4 MeV, διέφερε σημαντικά από την πρόβλεψη του τυπικού μοντέλου και από τα άλλα πειραματικά αποτελέσματα, απαιτώντας περισσότερες μελέτες.
Το 2023, η συνεργασία ATLAS, η οποία παρείχε την πρώτη της μέτρηση μάζας μποζονίου W το 2017, κυκλοφόρησε μια βελτιωμένη μέτρηση βασισμένη σε μια εκ νέου ανάλυση δεδομένων σύγκρουσης πρωτονίου-πρωτονίου από την πρώτη εκτέλεση του LHC. Αυτό το βελτιωμένο αποτέλεσμα, 80366,5 MeV με αβεβαιότητα 15,9 MeV, ευθυγραμμίστηκε με όλες τις προηγούμενες μετρήσεις εκτός από τη μέτρηση CDF, η οποία παραμένει η πιο ακριβής μέχρι σήμερα, με ακρίβεια 0,01%.
Το πείραμα CMS έχει πλέον συνεισφέρει σε αυτό το παγκόσμιο εγχείρημα με την πρώτη του μέτρηση μάζας μποζονίων W. Το πολύ αναμενόμενο αποτέλεσμα, το 80360.2 με αβεβαιότητα 9,9 MeV, έχει ακρίβεια συγκρίσιμη με αυτή της μέτρησης CDF και είναι σύμφωνο με όλες τις προηγούμενες μετρήσεις εκτός από το αποτέλεσμα CDF.
«Η αναμονή για το αποτέλεσμα CMS έχει πλέον τελειώσει. Αφού αναλύθηκαν προσεκτικά τα δεδομένα που συλλέχθηκαν το 2016 και περάσαμε από όλους τους διασταυρούμενους ελέγχους, το αποτέλεσμα μαζικής χρήσης CMS W είναι έτοιμο», λέει η απερχόμενη εκπρόσωπος του CMS, Patricia McBride. «Αυτή η ανάλυση είναι η πρώτη προσπάθεια μέτρησης της μάζας W στο σκληρό περιβάλλον σύγκρουσης της δεύτερης περιόδου λειτουργίας του LHC. Και όλη η σκληρή δουλειά από την ομάδα είχε ως αποτέλεσμα μια εξαιρετικά ακριβή μέτρηση μάζας W και την πιο ακριβή μέτρηση στο LHC».
«Οι μετρήσεις μάζας W είναι πολύ προκλητικές, που περιλαμβάνουν λεπτές μετρήσεις και θεωρητική μοντελοποίηση της παραγωγής του μποζονίου W και της διάσπασής του σε ένα λεπτόνιο (εδώ, ένα μιόνιο) και ένα νετρίνο που διαφεύγει της ανίχνευσης», εξηγεί ο εισερχόμενος εκπρόσωπος του CMS, Gautier Hamel de Monchenault. «Αξιοποιώντας την ικανότητα του ανιχνευτή CMS να μετράει μιόνια με υψηλή ακρίβεια και χρησιμοποιώντας τα πιο πρόσφατα και πιο προηγμένα θεωρητικά συστατικά, μερικά από τα οποία δοκιμάστηκαν με διασταυρούμενη ανάλυση, πετύχαμε αυτό το επίπεδο ακρίβειας ρεκόρ».
Το αποτέλεσμα αναδεικνύει για άλλη μια φορά τις εξαιρετικές επιδόσεις του LHC και των ανιχνευτών του, οι οποίοι συνεχίζουν να ωθούν τα όρια ακρίβειας και να θέτουν το Καθιερωμένο μοντέλο και τις επεκτάσεις του σε ολοένα και πιο αυστηρές δοκιμές. Περαιτέρω δεδομένα από την τρέχουσα τρίτη λειτουργία του επιταχυντή και από την αναβάθμισή του, τον Υψηλής Φωτεινότητας LHC, είναι έτοιμα να ωθήσουν περαιτέρω αυτό το όριο.
Σχετικά με το CERN:
Το CERN, ο Ευρωπαϊκός Οργανισμός Πυρηνικής Έρευνας, είναι ένα από τα κορυφαία εργαστήρια στον κόσμο για τη σωματιδιακή φυσική. Ο Οργανισμός βρίσκεται στα γαλλοελβετικά σύνορα, με έδρα τη Γενεύη. Τα κράτη μέλη του είναι: Αυστρία, Βέλγιο, Βουλγαρία, Τσεχία, Δανία, Φινλανδία, Γαλλία, Γερμανία, Ελλάδα, Εσθονία, Ουγγαρία, Ισραήλ, Ιταλία, Ολλανδία, Νορβηγία, Πολωνία, Πορτογαλία, Ρουμανία, Σερβία, Σλοβακία, Ισπανία, Σουηδία, Ελβετία και το Ηνωμένο Βασίλειο. Η Κύπρος, η Εσθονία και η Σλοβενία είναι συνδεδεμένα κράτη μέλη στο προ στάδιο της ένταξης. Η Κροατία, η Ινδία, η Λετονία, η Λιθουανία, το Πακιστάν, η Τουρκία και η Ουκρανία είναι συνδεδεμένα κράτη μέλη. Η Ιαπωνία και οι Ηνωμένες Πολιτείες της Αμερικής έχουν επί του παρόντος καθεστώς Παρατηρητή, όπως και η Ευρωπαϊκή Ένωση και η UNESCO. Το καθεστώς παρατηρητή της Ρωσικής Ομοσπονδίας και του JINR αναστέλλεται σύμφωνα με τα ψηφίσματα του Συμβουλίου του CERN της 8ης Μαρτίου 2022 και της 25ης Μαρτίου 2022, αντίστοιχα.
