يُظهر القياس الأكثر دقة على الإطلاق لكتلة البوزون W التوتر مع النموذج القياسي.
بعد 10 سنوات من التحليل والتدقيق الدقيقين ، أعلن علماء تعاون CDF في مختبر Fermi National Accelerator Laboratory التابع لوزارة الطاقة الأمريكية في 7 أبريل 2022 ، أنهم حققوا القياس الأكثر دقة حتى الآن لكتلة W boson ، واحد من الجسيمات الحاملة للقوة في الطبيعة. باستخدام البيانات التي تم جمعها بواسطة Collider Detector في Fermilab ، أو CDF ، حدد العلماء الآن كتلة الجسيم بدقة 0.01٪ – ضعف دقة القياس الأفضل السابق. يتوافق مع قياس وزن غوريلا تزن 800 رطل إلى 1.5 أوقية.
مقياس الدقة الجديد المنشور في المجلة علم، يسمح للعلماء باختبار النموذج القياسي لفيزياء الجسيمات ، وهو الإطار النظري الذي يصف الطبيعة في مستواها الأساسي. النتيجة: تُظهر قيمة الكتلة الجديدة توتراً مع القيمة التي يحصل عليها العلماء باستخدام المدخلات التجريبية والنظرية في سياق النموذج القياسي.
سجل كاشف المصادم في Fermilab تصادمات الجسيمات عالية الطاقة الناتجة عن مصادم Tevatron من عام 1985 إلى عام 2011. ولا يزال حوالي 400 عالم في 54 مؤسسة في 23 دولة يعملون على ثروة من البيانات التي جمعتها التجربة. الائتمان: فيرميلاب
قال Ashutosh V. Kotwal من جامعة Duke ، الذي قاد هذا التحليل وهو واحد من 400 عالم في تعاون CDF: “إن عدد التحسينات والتحقق الإضافي الذي تم إجراؤه على نتائجنا هائل”. “لقد أخذنا في الاعتبار فهمنا المحسن لكاشف الجسيمات لدينا بالإضافة إلى التقدم في الفهم النظري والتجريبي لتفاعلات بوزون W مع الجسيمات الأخرى. عندما كشفنا عن النتيجة أخيرًا ، وجدنا أنها تختلف عن تنبؤ النموذج القياسي “.
إذا تم تأكيده ، يشير هذا القياس إلى الحاجة المحتملة إلى إدخال تحسينات على حساب النموذج القياسي أو امتدادات للنموذج.
حدد العلماء الآن كتلة البوزون W بدقة 0.01٪. هذا هو ضعف دقة أفضل قياس سابق ويظهر التوتر مع النموذج القياسي.
تتوافق القيمة الجديدة مع العديد من قياسات كتلة البوزون W السابقة ، ولكن هناك أيضًا بعض الاختلافات. ستكون هناك حاجة إلى قياسات مستقبلية لإلقاء مزيد من الضوء على النتيجة.
قال نائب مدير Fermilab Joe Lykken: “في حين أن هذه نتيجة مثيرة للاهتمام ، يجب تأكيد القياس من خلال تجربة أخرى قبل أن يمكن تفسيرها بالكامل”.
بوزون W هو جسيم رسول للقوة النووية الضعيفة. إنها مسؤولة عن العمليات النووية التي تجعل الشمس تشرق وتتحلل الجزيئات. باستخدام تصادمات الجسيمات عالية الطاقة الناتجة عن مصادم Tevatron في Fermilab ، جمع تعاون CDF كميات هائلة من البيانات التي تحتوي على بوزونات W من عام 1985 إلى عام 2011.
بوزون W هو الجسيم الرسول للقوة النووية الضعيفة. إنها مسؤولة عن العمليات النووية التي تجعل الشمس تشرق وتتحلل الجزيئات. يدرس علماء CDF خصائص بوزون دبليو باستخدام البيانات التي جمعوها في مصادم تيفاترون في فيرميلاب. الائتمان: مختبر Fermi National Accelerator Laboratory
فيزيائي CDF كريس هايز من[{” attribute=””>University of Oxford said, “The CDF measurement was performed over the course of many years, with the measured value hidden from the analyzers until the procedures were fully scrutinized. When we uncovered the value, it was a surprise.”
The mass of a W boson is about 80 times the mass of a proton, or approximately 80,000 MeV/c2. CDF researchers have worked on achieving increasingly more precise measurements of the W boson mass for more than 20 years. The central value and uncertainty of their latest mass measurement is 80,433 +/- 9 MeV/c2. This result uses the entire dataset collected from the Tevatron collider at Fermilab. It is based on the observation of 4.2 million W boson candidates, about four times the number used in the analysis the collaboration published in 2012.
The mass of a W boson is about 80 times the mass of a proton, or approximately 80,000 MeV/c2. Scientists of the Collider Detector at Fermilab collaboration have achieved the world’s most precise measurement. The CDF value has a precision of 0.01 percent and is in agreement with many W boson mass measurements. It shows tension with the value expected based on the Standard Model of particle physics. The horizontal bars indicate the uncertainty of the measurements achieved by various experiments. The LHCb result was published after this paper was submitted and is 80354+- 32 MeV/c2. Credit: CDF collaboration
“Many collider experiments have produced measurements of the W boson mass over the last 40 years,” said CDF co-spokesperson Giorgio Chiarelli, Italian National Institute for Nuclear Physics (INFN-Pisa). “These are challenging, complicated measurements, and they have achieved ever more precision. It took us many years to go through all the details and the needed checks. It is our most robust measurement to date, and the discrepancy between the measured and expected values persists.”
The collaboration also compared their result to the best value expected for the W boson mass using the Standard Model, which is 80,357 ± 6 MeV/c2. This value is based on complex Standard Model calculations that intricately link the mass of the W boson to the measurements of the masses of two other particles: the top quark, discovered at the Tevatron collider at Fermilab in 1995, and the Higgs boson, discovered at the Large Hadron Collider at CERN in 2012.
CDF co-spokesperson David Toback, Texas A&M University, stated the result is an important contribution to testing the accuracy of the Standard Model. “It’s now up to the theoretical physics community and other experiments to follow up on this and shed light on this mystery,” he added. “If the difference between the experimental and expected value is due to some kind of new particle or subatomic interaction, which is one of the possibilities, there’s a good chance it’s something that could be discovered in future experiments.”
Reference: “High-precision measurement of the W boson mass with the CDF II detector” by CDF Collaboration, T. Aaltonen, S. Amerio, D. Amidei, A. Anastassov, A. Annovi, J. Antos, G. Apollinari, J. A. Appel, T. Arisawa, A. Artikov, J. Asaadi, W. Ashmanskas, B. Auerbach, A. Aurisano, F. Azfar, W. Badgett, T. Bae, A. Barbaro-Galtieri, V. E. Barnes, B. A. Barnett, P. Barria, P. Bartos, M. Bauce, F. Bedeschi, S. Behari, G. Bellettini, J. Bellinger, D. Benjamin, A. Beretvas, A. Bhatti, K. R. Bland, B. Blumenfeld, A. Bocci, A. Bodek, D. Bortoletto, J. Boudreau, A. Boveia, L. Brigliadori, C. Bromberg, E. Brucken, J. Budagov, H. S. Budd, K. Burkett, G. Busetto, P. Bussey, P. Butti, A. Buzatu, A. Calamba, S. Camarda, M. Campanelli, B. Carls, D. Carlsmith, R. Carosi, S. Carrillo, B. Casal, M. Casarsa, A. Castro, P. Catastini, D. Cauz, V. Cavaliere, A. Cerri, L. Cerrito, Y. C. Chen, M. Chertok, G. Chiarelli, G. Chlachidze, K. Cho, D. Chokheli, A. Clark, C. Clarke, M. E. Convery, J. Conway, M. Corbo, M. Cordelli, C. A. Cox, D. J. Cox, M. Cremonesi, D. Cruz, J. Cuevas, R. Culbertson, N. d’Ascenzo, M. Datta, P. de Barbaro, L. Demortier, M. Deninno, M. D’Errico, F. Devoto, A. Di Canto, B. Di Ruzza, J. R. Dittmann, S. Donati, M. D’Onofrio, M. Dorigo, A. Driutti, K. Ebina, R. Edgar, A. Elagin, R. Erbacher, S. Errede, B. Esham, S. Farrington, J. P. Fernández Ramos, R. Field, G. Flanagan, R. Forrest, M. Franklin, J. C. Freeman, H. Frisch, Y. Funakoshi, C. Galloni, A. F. Garfinkel, P. Garosi, H. Gerberich, E. Gerchtein, S. Giagu, V. Giakoumopoulou, K. Gibson, C. M. Ginsburg, N. Giokaris, P. Giromini, V. Glagolev, D. Glenzinski, M. Gold, D. Goldin, A. Golossanov, G. Gomez, G. Gomez-Ceballos, M. Goncharov, O. González López, I. Gorelov, A. T. Goshaw, K. Goulianos, E. Gramellini, C. Grosso-Pilcher, J. Guimaraes da Costa, S. R. Hahn, J. Y. Han, F. Happacher, K. Hara, M. Hare, R. F. Harr, T. Harrington-Taber, K. Hatakeyama, C. Hays, J. Heinrich, M. Herndon, A. Hocker, Z. Hong, W. Hopkins, S. Hou, R. E. Hughes, U. Husemann, M. Hussein, J. Huston, G. Introzzi, M. Iori, A. Ivanov, E. James, D. Jang, B. Jayatilaka, E. J. Jeon, S. Jindariani, M. Jones … P. Wagner, R. Wallny, S. M. Wang, D. Waters, W. C. Wester, D. Whiteson, A. B. Wicklund, S. Wilbur, H. H. Williams, J. S. Wilson, P. Wilson, B. L. Winer, P. Wittich, S. Wolbers, H. Wolfmeister, T. Wright, X. Wu, Z. Wu, K. Yamamoto, D. Yamato, T. Yang, U. K. Yang, Y. C. Yang, W.-M. Yao, G. P. Yeh, K. Yi, J. Yoh, K. Yorita, T. Yoshida, G. B. Yu, I. Yu, A. M. Zanetti, Y. Zeng, C. Zhou and S. Zucchelli, 7 April 2022, Science.
DOI: 10.1126/science.abk1781
The CDF collaboration comprises 400 scientists at 54 institutions in 23 countries.
“هواة الإنترنت المتواضعين بشكل يثير الغضب. مثيري الشغب فخور. عاشق الويب. رجل أعمال. محامي الموسيقى الحائز على جوائز.”
