Загадка W-бозона: БАК бросает вызов аномалии Теватрона

Эксперимент CMS на Большом адронном коллайдере (LHC) в CERN предоставил новые данные о массе W-бозона — одной из элементарных частиц, ответственной за слабое взаимодействие, которое инициирует процессы радиоактивного распада и ядерного синтеза в звездах.

Команда эксперимента CMS проанализировала данные столкновений протонов, собранные во время второго этапа работы LHC, и провела первое измерение массы W-бозона. Это измерение оказалось наиболее точным среди всех, проведенных на LHC, и совпадает с предсказаниями Стандартной модели физики элементарных частиц, за исключением результатов эксперимента CDF, проведенного на коллайдере Тэватрон в Фермилабе.

Согласно Стандартной модели, масса W-бозона тесно связана с параметрами, которые объединяют электромагнитное и слабое взаимодействия, а также с массами Хиггсовского бозона и топ-кварка. Теоретическое значение массы W-бозона должно составлять 80 353 миллионов электронвольт (МэВ) с неопределенностью в 6 МэВ.

Точные измерения массы W-бозона позволяют проверить, насколько эти параметры согласуются с предсказаниями Стандартной модели. Несоответствие может указывать на существование новых частиц или взаимодействий, выходящих за рамки текущих представлений физики.

С момента открытия W-бозона около 40 лет назад его масса была измерена в ряде экспериментов, однако в 2022 году эксперимент CDF привел к неожиданным результатам. Полученное значение массы — 80 433,5 МэВ — существенно отличалось от предсказаний Стандартной модели, что вызвало интерес к дальнейшим исследованиям.

В 2023 году команда ATLAS, также работающая на LHC, представила обновленное измерение массы W-бозона, которое составило 80 366,5 МэВ. Этот результат совпал со всеми предыдущими, за исключением данных CDF, которые остаются наиболее точными на данный момент.

Теперь и CMS добавила свои результаты к этой научной дискуссии. Новое измерение массы W-бозона, проведенное на CMS, составило 80 360,2 МэВ с погрешностью 9,9 МэВ, что также близко к значениям других экспериментов, за исключением данных CDF.

Данные этого измерения демонстрируют высокую точность детекторов LHC и подчеркивают возможности коллайдера для проверки предсказаний Стандартной модели. Ожидается, что дальнейшие эксперименты, как в ходе третьего этапа работы LHC, так и после его модернизации, позволят достичь еще более точных результатов.