美國能源部費米國家加速器實驗室對撞機探測器(CDF)合作項目的科學家7日宣布，他們實現(xiàn)了迄今為止對W玻色子質(zhì)量的最精確測量。經(jīng)過十年的研究整理，杜克大學的粒子物理學家Ashutosh Kotwal和其他397名合作者利用費米實驗室CDF收集的數(shù)據(jù)，以0.01%的精度確定了W玻色子的質(zhì)量為80，443.5兆電子伏特，是質(zhì)子的86倍。而這一結(jié)果比標準模型預(yù)測值高七個標準差。

(在費米國家加速器實驗室的對撞機探測器的中心，質(zhì)子和反質(zhì)子會碰撞產(chǎn)生短暫的奇異粒子。圖：賴達·哈恩/費米實驗室)

在物理學中，W及Z玻色子(boson)是負責傳遞弱核力的基本粒子。它們是1983年在歐洲核子研究組織發(fā)現(xiàn)的，被認為是粒子物理標準模型的一大勝利。標準模型包括三代輕子和三代夸克，以及傳遞相互作用的光子、膠子、W、Z玻色子和已被實驗發(fā)現(xiàn)的產(chǎn)生所有粒子質(zhì)量的希格斯粒子，于2012年完成。標準模型對粒子的質(zhì)量有嚴格的限制。

而此次費米實驗室發(fā)表的研究結(jié)果顯示了科學家在標準模型的背景下使用實驗和理論輸入獲得的值之間的差異。如果能夠確定，也許物理學標準模型需要改進標準模型計算或擴展模型。

研究團隊團隊使用費米實驗室Tevatron對撞機上的CDF II探測器在1.96萬億電子伏特質(zhì)心能量的質(zhì)子-反質(zhì)子碰撞中收集的對應(yīng)于8.8逆飛秒積分光度的數(shù)據(jù)。在2002年至2011年間觀測到的大約450萬億次碰撞中，只有大約400萬次碰撞產(chǎn)生了足夠高質(zhì)量的W玻色子數(shù)據(jù)。根據(jù)這些數(shù)據(jù)，研究人員估計W玻色子的新質(zhì)量測量值為80,433.5±9.4 MeV/c2，與之前的測量值相比和標準模型所建議的質(zhì)量相差甚遠。

費米實驗室副主任喬·萊肯說：“雖然這是一個有趣的結(jié)果，但測量結(jié)果需要通過另一個實驗來確認，然后才能完全解釋。”

相關(guān)論文“High-precision measurement of the W boson mass with the CDF II detector”于2022年4月7日發(fā)表于《Science(科學)》雜志。

關(guān)鍵詞： 標準模型 研究結(jié)果 迄今為止