CERN物理学家测量W玻色子的宽度

ATLAS合作组织的物理学家在欧洲核子研究中心的大型强子对撞机 (LHC) 上测量了W 玻色子(弱力的带电载流子)的宽度。

2012 年希格斯玻色子的发现填补了标准模型拼图中最后缺失的一块。

然而，它留下了挥之不去的问题。这个框架之外还有什么?能够解决宇宙剩余谜团的新现象在哪里，例如暗物质的本质和物质-反物质不对称的起源?

W 玻色子的宽度可能是新物理现象线索的一个参数。

粒子的宽度与其寿命直接相关，并描述了它如何衰变为其他粒子。

如果 W 玻色子以意想不到的方式衰变，例如衰变成尚未发现的新粒子，这些都会影响测量的宽度。

由于它的值是由标准模型根据带电弱力的强度和 W 玻色子的质量精确预测的，任何与预测的显着偏差都表明存在未解释的现象。

在一项新研究中，ATLAS 合作测量了大型强子对撞机的 W 玻色子宽度。

W-玻色子宽度之前已在 CERN 的大型正负电子 (LEP) 对撞机和费米实验室的 Tevatron 对撞机上测量过，产生的平均值为 2,085 ± 42 百万电子伏 (MeV)，与标准模型预测的 2,088 ± 1 MeV 一致。

使用大型强子对撞机运行 1 期间收集的 7 TeV 能量的质子-质子碰撞数据，ATLAS 测量出 W 玻色子宽度为 2202 ± 47 MeV。

这是迄今为止通过单个实验进行的最精确的测量，虽然稍大一些，但它与标准模型的预测一致，误差在 2.5 个标准差之内。

这一显着的结果是通过对 W 玻色子衰变为电子或 μ 子及其相应的中微子进行详细的粒子动量分析而实现的，中微子未被检测到，但在碰撞事件中留下了缺失能量的特征。

这要求物理学家在效率、能量和动量方面精确校准 ATLAS 探测器对这些粒子的响应，同时考虑到背景过程的贡献。

然而，达到如此高精度还需要多个高精度结果的融合。

例如，准确了解质子-质子碰撞中 W 玻色子的产生至关重要，研究人员依赖于通过 W 和 Z 玻色子特性的各种测量验证的理论预测组合。

对于这种测量来说，同样重要的是了解质子的内部结构，这在部分子分布函数中进行了描述。

ATLAS 物理学家整合并测试了全球研究小组根据各种粒子物理实验数据拟合得出的部分子分布函数。

研究人员利用统计方法同时测量了W玻色子的宽度和W玻色子的质量，该方法允许部分量化不确定性的参数直接受到测量数据的约束，从而提高了测量的精度。

W 玻色子质量的更新测量结果为 80,367 ± 16 MeV，改进并取代了之前使用相同数据集的 ATLAS 测量结果。

质量和宽度的测量值与标准模型预测一致。

科学家们表示：“未来使用更大的 ATLAS 数据集测量 W 玻色子的宽度和质量预计将减少统计和实验的不确定性。”

“同时，理论预测的进步和对部分子分布函数的更深入的理解将有助于减少理论不确定性。”

“随着他们的测量变得越来越精确，我们将能够对标准模型进行更严格的测试，并探测新的粒子和力。”