欧洲核子研究中心物理学家测量W玻色子的质量

在粒子物理学的标准模型中，弱相互作用的载体W 和 Z 玻色子的质量之间存在着独特的关系。标准模型之外的物理学可以通过虚粒子量子环的影响改变这种关系，因此以尽可能高的精度测量这些质量至关重要。虽然 Z 玻色子的质量已知精度高达近百万分之二十 (2 MeV)，但 W 玻色子的质量却远没有那么精确。新的测量首次在欧洲核子研究中心的大型强子对撞机 (LHC) 的紧凑型μ子螺线管 (CMS) 实验中实现，它使用了一种新技术，使其成为迄今为止对 W 玻色子质量最精细的研究。

在标准模型中，W 质量与统一电磁力和弱力的相互作用强度以及希格斯玻色子和顶夸克的质量密切相关，这将其值限制在 80353 百万电子伏特 (MeV) 以内，不确定度为 6 MeV。

因此，高精度测量W 玻色子的质量可以测试这些属性是否都以与标准模型一致的方式排列。

如果没有的话，原因可能是新的物理现象，例如新粒子或相互作用。

自从大约 40 年前在欧洲核子研究中心发现 W 玻色子以来，它的质量已通过多次对撞机实验得到了更精确的测量。

2022 年，费米实验室 (CDF) 对撞机探测器测得的该粒子质量值出奇的高，导致其陷入“中年危机”。

CDF W 玻色子的质量为 80433.5 MeV，不确定度为 9.4 MeV，与标准模型预测和其他实验结果存在显著差异，需要进一步研究。

2023 年，欧洲核子研究中心的 ATLAS 合作小组在 2017 年首次进行了 W 玻色子质量测量后，基于对 LHC 首次运行的质子-质子碰撞数据的重新分析，发布了改进的测量结果。

这一改进结果是 80366.5 MeV，不确定度为 15.9 MeV，与除 CDF 测量之外的所有先前测量结果一致，而 CDF 测量仍然是迄今为止最精确的，精度为 0.01%。

CMS 实验现已通过首次 W 玻色子质量测量为这一全球努力做出了贡献。

人们热切期待的结果为 80360.2，不确定度为 9.9 MeV，其精度与 CDF 测量相当，并且与除 CDF 结果之外的所有先前测量结果一致。

“这次分析是首次尝试在LHC第二运行期的严酷碰撞环境下测量W质量。”Patricia McBride博士说。

“团队的辛勤工作使我们获得了极其精确的 W 质量测量结果，并且是 LHC 上最精确的测量结果。”

“W 质量测量非常具有挑战性，涉及对 W 玻色子的产生及其衰变为轻子(这里是μ子)和无法探测的中微子的精细测量和理论建模，”Gautier Hamel de Monchenault 博士补充道。

“通过利用 CMS 探测器高精度测量μ子的能力，并使用最新、最先进的理论成分(其中一些经过交叉检验分析)，我们达到了这一创纪录的精度水平。”