科技日報記者 張夢然
經過10年的仔細分析和審查，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，他們實現了迄今為止對W玻色子質量的最精確測量，W玻色子是自然界的載力粒子之一。利用費米實驗室CDF收集的數據，科學家們現在已經以0.01%的精度確定了粒子的質量，這是以前最佳測量值的兩倍。
費米實驗室的對撞機探測器記錄了1985年至2011年TEVATRON對撞機產生的高能粒子碰撞。來自23個國家54個機構的約400名科學家仍在研究該實驗收集的大量數據。圖片來源：費米實驗室
發表在《科學》雜志上的新精確測量值，將使科學家能夠測試粒子物理學的標準模型，這是從最基本層面描述自然的理論框架。測量結果是，新的質量值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。
如果確認，此測量結果表明可能需要改進標準模型計算或擴展模型。新測量值與之前的許多W玻色子質量測量值一致，但也存在一些差異，未來的測量將需要更多地闡明結果。
費米實驗室副主任喬·萊肯說：“雖然這是一個有趣的結果，但測量結果需要通過另一個實驗來確認，然后才能完全解釋。”
W玻色子是負責傳遞弱核力的基本粒子，它負責使太陽發光和粒子衰變的核過程。利用費米實驗室的Tevatron對撞機產生的高能粒子碰撞，CDF合作項目收集了1985年至2011年間包含W玻色子的大量數據。
W玻色子的質量大約是質子質量的80倍，或大約80000MeV/c2。20多年來，CDF研究人員一直致力于實現對W玻色子質量越來越精確的測量。最新質量測量的中心值和不確定度為80433±9MeV/c2。該結果使用了從費米實驗室Tevatron對撞機收集的整個數據集。它基于對420萬個W玻色子者的觀察，大約是2012年發布的合作分析中使用的數量的4倍。
“過去40年來，許多對撞機實驗都對W玻色子質量進行了測量。”意大利國家核物理研究所的CDF聯合發言人喬治·基亞雷利說，“這些都是具有挑戰性的、復雜的測量，而且它們已經達到了很高的精度。我們花了很多年的時間來完成所有的細節和必要的檢查。這是我們迄今為止最可靠的測量，測量值和預期值之間的差異仍然存在。”
研究人員還將他們的結果與使用標準模型對W玻色子質量的預期最佳值80357±6MeV/c2進行了比較。該值基于復雜的標準模型計算，該計算將W玻色子的質量與其他兩個粒子的質量的測量值錯綜復雜地聯系起來：1995年在費米實驗室Tevatron對撞機中發現的頂夸克和2012年在歐洲核子研究中心大型強子對撞機中發現的希格斯玻色子。
總編輯圈點：
CDF項目歷經了許多年，精確的測量值其實一直隱藏在分析儀中，直到項目得到全面審查，科學家才將這個驚喜結果帶到世人面前。這一結果對測試標準模型的準確性作出了重要貢獻，理論物理學界和其他實驗也都將跟進并繼續闡明這個問題，如果實驗值和預期值之間的差異真的是由于某種新的粒子或亞原子相互作用造成的，那么它終歸有一天會被發現。
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