美國能源部費(fèi)米國家加速器實(shí)驗(yàn)室對撞機(jī)探測器(CDF)合作項(xiàng)目的科學(xué)家7日宣布，他們實(shí)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(xué)的粒子物理學(xué)家Ashutosh Kotwal和其他397名合作者利用費(fèi)米實(shí)驗(yàn)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(biāo)準(zhǔn)模型預(yù)測值高七個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差。

(在費(fèi)米國家加速器實(shí)驗(yàn)室的對撞機(jī)探測器的中心，質(zhì)子和反質(zhì)子會(huì)碰撞產(chǎn)生短暫的奇異粒子。圖：賴達(dá)·哈恩/費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室)

在物理學(xué)中，W及Z玻色子(boson)是負(fù)責(zé)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(rèn)為是粒子物理標(biāo)準(zhǔn)模型的一大勝利。標(biāo)準(zhǔn)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(shí)驗(yàn)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(biāo)準(zhǔn)模型對粒子的質(zhì)量有嚴(yán)格的限制。

而此次費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室發(fā)表的研究結(jié)果顯示了科學(xué)家在標(biāo)準(zhǔn)模型的背景下使用實(shí)驗(yàn)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(xué)標(biāo)準(zhǔn)模型需要改進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)模型計(jì)算或擴(kuò)展模型。

研究團(tuán)隊(duì)團(tuán)隊(duì)使用費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室Tevatron對撞機(jī)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(jì)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(biāo)準(zhǔn)模型所建議的質(zhì)量相差甚遠(yuǎn)。

費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室副主任喬·萊肯說：“雖然這是一個(gè)有趣的結(jié)果，但測量結(jié)果需要通過另一個(gè)實(shí)驗(yàn)來確認(rèn)，然后才能完全解釋?！?/p>

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(xué))》雜志。

關(guān)鍵詞： 標(biāo)準(zhǔn)模型 研究結(jié)果 迄今為止