Forskare vid Department of Energy's Fermi National Accelerator Laboratory har uppnått världens mest exakta mätning av W Bosons massa genom ett enda experiment. I kombination med andra mätningar kommer en stramare förståelse av W-bosonmassan också att leda forskare närmare massan på den svårfångade Higgs-bosonpartikeln.
Higgs-partikeln är en teoretisk men ännu osynlig partikel, även kallad ”Gud-partikeln”, som tros ge andra partiklar deras massa. W-boson, som är cirka 85 gånger tyngre än en proton, möjliggör radioaktiv beta-sönderfall och får solen att skina.
Dagens tillkännagivande markerar den andra stora upptäckten på en vecka för det internationella DZero-samarbetet på Fermilab. Tidigare i veckan tillkännagav gruppen produktionen av en enda toppkvark hos Fermilabs Tevatron-kollider.
DZero är ett internationellt experiment med cirka 550 fysiker från 90 institutioner i 18 länder. Det stöds av U.S. Department of Energy, National Science Foundation och ett antal internationella finansieringsbyråer. Under det senaste året har samarbetet publicerat 46 vetenskapliga artiklar baserade på mätningar gjorda med DZero-partikeldetektorn.
W-boson är en bärare av den svaga kärnkraften och ett nyckelelement i standardmodellen för elementära partiklar och krafter, som också förutspår Higgs-boson. Dess exakta massa är avgörande för beräkningar för att uppskatta den sannolika massan av Higgs-boson genom att studera dess subtila kvanteffekter på W-boson och toppkvarken, en elementär partikel som upptäcktes vid Fermilab 1995.
Forskare som arbetar med DZero-experimentet har nu mätt massan på W-boson med en precision på 0,05 procent. Den exakta massan för partikeln uppmätt med DZero är 80.401 +/- 0.044 GeV / c ^ 2. Samarbetet presenterade sitt resultat på den årliga konferensen om Electroweak-interaktioner och förenade teorier känd som Rencontres de Moriond på söndagen.
"Denna vackra mätning illustrerar kraften i Tevatron som ett precisionsinstrument och innebär att stresstestet vi har beställt för standardmodellen blir mer stressande och mer avslöjande," sa Fermilab-teoretiker Chris Quigg.
DZero-teamet bestämde W-massan genom att mäta W-bosons förfall till elektroner och elektronneutrino. Att utföra mätningen krävde kalibrering av DZero-partikeldetektorn med en noggrannhet på cirka tre hundraedelar av en procent, en svår uppgift som krävde flera års ansträngning från ett team av forskare inklusive studenter.
Sedan det upptäcktes vid det europeiska laboratoriet CERN 1983, har många experiment på Fermilab och CERN uppmätt massan på W-boson med stadigt ökande precision. Nu uppnådde DZero bästa precision genom den noggranna analysen av ett stort dataprov som levererades av Tevatron-partikelkollideraren på Fermilab. Konsistensen av DZero-resultatet med tidigare resultat talar om giltigheten för de olika kalibrerings- och analysteknikerna som används.
"Detta är en av de mest utmanande precisionsmätningarna vid Tevatronen," sa DZero-talesman Dmitri Denisov från Fermilab. "Det krävde många års ansträngningar från vårt samarbete för att bygga 5 500 ton detektor, samla in och rekonstruera data och sedan utföra den komplexa analysen för att förbättra vår kunskap om denna grundläggande parameter i standardmodellen."
Källa: Fermilab
