¿Cuándo difiere la medición más precisa de la masa del bosón W de la predicción del modelo estándar?

La medida más precisa de la masa del bosón b muestra la tensión con el modelo estándar.

Después de 10 años de análisis e investigación exhaustivos, los científicos colaboradores de CDF en el Laboratorio Nacional de Aceleradores Agrícolas del Departamento de Energía de EE. UU. anunciaron el 7 de abril de 2022 que habían logrado la medición más precisa de la masa del bosón W hasta la fecha. de las partículas que llevan la fuerza de la naturaleza. Utilizando los datos recopilados por Fermilab o el detector de colisión CDF, los científicos ahora han determinado la masa de la partícula con una precisión del 0,01 %, que es el doble de precisa que las mejores mediciones anteriores. Mide el peso de una onza que pesa 800 libras 1,5 1,5 onzas.

Una nueva medición precisa publicada en la revista Ciencia:, permite a los científicos experimentar con el modelo estándar de la física de partículas, el marco teórico que describe la naturaleza en su nivel más fundamental. El resultado. El nuevo valor de la masa indica una tensión con el valor que obtienen los científicos utilizando insumos teórico-experimentales en el contexto del Modelo Estándar.

El detector colisionador de Fermilab detectó colisiones de partículas de alta energía producidas por el colisionador Tevatron entre 1985 y 2011. Alrededor de 400 científicos de 54 instituciones en 23 países todavía están trabajando en los ricos datos recopilados del experimento. Préstamo: Fermilab

«La cantidad de pruebas adicionales para mejorar nuestros resultados es enorme», dijo Ashutosh W. de la Universidad de Duke. Cotwal, quien dirigió el análisis, es uno de los 400 colaboradores de la CDF. «Hemos tenido en cuenta nuestras nociones mejoradas de nuestro detector de partículas, así como los avances en la comprensión teórica y experimental de la interacción del bosón W con otras partículas. «Cuando finalmente descubrimos el resultado, descubrimos que era diferente de la predicción del modelo estándar».

Si se confirma, esta medida indica la necesidad potencial de mejorar el cálculo del modelo estándar o la extensión del modelo.

Los científicos ahora han determinado la masa del bosón W con una precisión del 0,01%. Esto es el doble de preciso que la mejor medición anterior և muestra la tensión con el modelo estándar.

El nuevo valor coincide con muchas mediciones anteriores de la masa del bosón W, pero hay algunas diferencias. Se requerirán mediciones futuras para arrojar más luz sobre el resultado.

«Si bien este es un resultado intrigante, la medición debe ser confirmada por otro experimento antes de que pueda interpretarse por completo», dijo Joe Licken, subdirector de Fermilab.

El bosón W es una parte mensajera de una fuerza nuclear débil. Es responsable de los procesos nucleares que hacen que el sol brille y las partículas se descompongan. Usando colisiones de partículas de alta energía producidas por el colisionador Tevatron en Fermilab, CDF Collaborative ha recopilado una gran cantidad de datos que contienen bosones W desde 1985-2011.

El bosón W es la parte mensajera de una fuerza nuclear débil. Es responsable de los procesos nucleares que hacen que el sol brille y las partículas se descompongan. Los investigadores de la FCD están estudiando las propiedades del bosón W utilizando los datos que recopilaron en Fermilab Tevatron Collider. Préstamo: Laboratorio Nacional de Aceleradores Fermi

FCD físico Chris Hayes[{» 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.