Измерения массы W-бозона не совпали со Стандартной моделью
Физики из международной коллаборации CDF в своем последнем исследовании продемонстрировали, что масса W-бозона выше, чем ее предсказывает Стандартная модель. Они 10 лет изучали результаты работы коллайдера «Тэватрон». Авторы исследования подсчитали, что масса W-бозона примерно в 157 тысяч раз больше массы электрона. Благодаря этому измерению они смогли проверить релевантность Стандартной модели физики.
W-бозон представляет собой фундаментальную частицу со слабой ядерной силой. Она оказалась значительно тяжелее, чем по Стандартной модели физики. Выяснилось, что разница между теоретическими и экспериментальными данными составляет 0,09%. Это намного больше стандартной погрешности в 0,01%.
Флоренсия Канелли, физик из Университета в Цюрихе, считает, что, если полученные данные подтвердятся в других экспериментах, это будет первое серьезное расхождение со Стандартной моделью физики, которая описывает все частицы и все фундаментальные взаимодействия, кроме гравитации.
Однако Маттиас Шотт из Университета Иоганна Гутенберга отмечает, что «генерация измерения массы W-бозона на основе экспериментальных данных — это очень сложный процесс», и имеющееся расхождение со Стандартной моделью нужно интерпретировать аккуратнее.
W-бозон открыли в 1983 году. Тогда физики подсчитали, что частица весит 85 протонов. Погрешность этого значения составляла 5% и больше. W-бозон участвует в большей части ядерных реакций, в том числе и в термоядерном синтезе. Частицу изучают в коллайдерах. W-бозон можно зафиксировать во время распада на подвид электронов либо на мюоны и нейтрино. В процессе распада большая часть изначальной массы W-бозона переходит в энергию новых частиц. Ее и нужно измерить физикам. Однако они не могут отследить действия нейтрино, поэтому не могут сказать, какая часть энергии электрона или мюона связана с массой, а какая — с импульсом.
Ожидаемое значение массы W-бозона составляло 80 357 мегаэлектронвольт, или МэВ, плюс-минус 6 МэВ. Значение CDF показало 80 433 МэВ плюс-минус 9 МэВ. Оно оказалась выше, чем ожидалось, на целых семь стандартных отклонений. Вероятность того, что это случайность, составляет примерно один к 390 млрд.
Экспериментальные измерения и теоретические предсказания массы W-бозона
«Я считаю это намеком на то, что мы еще не полностью понимаем слабую ядерную силу или все частицы, которые испытывают эту силу», — заявил Ашутош Котвал, профессор из Университета Дьюка.
Теперь физикам потребуется получить независимое подтверждение своих измерений. 400 ученых собираются вместе с другими физиками проанализировать результат и выработать дальнейшую стратегию исследований. Возможно, новые эксперименты проведут на Большом адронном коллайдере в ЦЕРНе.
«Если построить новый электрон-позитронный коллайдер, то он также сможет очень точно измерить массу W-бозона. Кроме того, Большой адронный коллайдер и мелкие специализированные эксперименты высокоточно измеряют новые частицы и их взаимодействия. Если существует новая физика, то ее можно будет наблюдать именно в этих экспериментах», — говорит Котвал.
