Forskere ved Department of Energy's Fermi National Accelerator Laboratory har opnået verdens mest præcise måling af massen af W Boson ved hjælp af et enkelt eksperiment. Kombineret med andre målinger vil en strammere forståelse af W-bosonmassen også føre forskere tættere på massen af den undvigende Higgs-bosonpartikel.
Higgs-partiklen er en teoretisk, men endnu usynlig partikel, også kaldet “Gud-partiklen”, der menes at give andre partikler deres masse. W-boson, som er ca. 85 gange tungere end en proton, muliggør radioaktivt beta-henfald og får solen til at skinne.
Dagens meddelelse markerer den anden store opdagelse på en uge for det internationale DZero-samarbejde på Fermilab. Tidligere denne uge annoncerede gruppen, at der blev produceret en enkelt top-quark hos Fermilabs Tevatron-collider.
DZero er et internationalt eksperiment med omkring 550 fysikere fra 90 institutioner i 18 lande. Det understøttes af U.S. Department of Energy, National Science Foundation og en række internationale finansieringsbureauer. I det sidste år har samarbejdet offentliggjort 46 videnskabelige artikler baseret på målinger foretaget med DZero-partikeldetektoren.
W boson er en bærer af den svage atomkraft og et nøgleelement i standardmodellen for elementære partikler og kræfter, som også forudsiger Higgs boson. Dets nøjagtige masse er afgørende for beregninger for at estimere den sandsynlige masse af Higgs-boson ved at studere dens subtile kvanteeffekter på W-boson og topkvark, en elementær partikel, der blev opdaget ved Fermilab i 1995.
Forskere, der arbejder på DZero-eksperimentet, har nu målt W Bosons masse med en præcision på 0,05 procent. Den nøjagtige masse af partiklen målt ved DZero er 80.401 +/- 0,044 GeV / c ^ 2. Samarbejdet præsenterede sit resultat på den årlige konference om Electroweak-interaktioner og forenede teorier kendt som Rencontres de Moriond søndag.
”Denne smukke måling illustrerer Tevatrons kraft som et præcisionsinstrument og betyder, at den stresstest, vi har bestilt til standardmodellen, bliver mere stressende og mere afslørende,” sagde Fermilab-teoretiker Chris Quigg.
DZero-teamet bestemte W-massen ved at måle W-bosons forfald til elektroner og elektronneutrinoer. Udførelsen af målingen krævede kalibrering af DZero-partikeldetektoren med en nøjagtighed på omkring tre hundrededele af en procent, en besværlig opgave, der krævede flere års indsats fra et team af forskere, inklusive studerende.
Siden dens opdagelse på det europæiske laboratorium CERN i 1983 har mange eksperimenter på Fermilab og CERN målt massen af W-boson med stadigt stigende præcision. Nu opnåede DZero den bedste præcision ved den omhyggelige analyse af en stor dataprøve, der blev leveret af Tevatron-partikelcollideren på Fermilab. Konsistensen af DZero-resultatet med tidligere resultater taler til gyldigheden af de forskellige anvendte kalibrerings- og analyseteknikker.
”Dette er en af de mest udfordrende præcisionsmålinger ved Tevatronen,” sagde DZero-talsmand Dmitri Denisov fra Fermilab. ”Det krævede mange års indsats fra vores samarbejde om at bygge en 5.500 ton detektor, indsamle og rekonstruere dataene og derefter udføre den komplekse analyse for at forbedre vores viden om denne grundlæggende parameter i standardmodellen.”
Kilde: Fermilab
