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W玻色子质量迄今最精确测量完成

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经过10年的仔细分析和审查,美国能源部费米国家加速器实验室对撞机探测器(CDF)合作项目的科学家7日宣布,他们实现了迄今为止对W玻色子质量的最精确测量,W玻色子是自然界的载力粒子之一。利用费米实验室CDF收集的数据,科学家们现在已经以0.01%的精度确定了粒子的质量,这是以前最佳测量值的两倍。

发表在《科学》杂志上的新精确测量值,将使科学家能够测试粒子物理学的标准模型,这是从最基本层面描述自然的理论框架。测量结果是,新的质量值显示了科学家在标准模型的背景下使用实验和理论输入获得的值之间的差异。

如果确认,此测量结果表明可能需要改进标准模型计算或扩展模型。新测量值与之前的许多W玻色子质量测量值一致,但也存在一些差异,未来的测量将需要更多地阐明结果。

费米实验室副主任乔?莱肯说:“虽然这是一个有趣的结果,但测量结果需要通过另一个实验来确认,然后才能完全解释。”

W玻色子是负责传递弱核力的基本粒子,它负责使太阳发光和粒子衰变的核过程。利用费米实验室的Tevatron对撞机产生的高能粒子碰撞,CDF合作项目收集了1985年至2011年间包含W玻色子的大量数据。

W玻色子的质量大约是质子质量的80倍,或大约80000MeV/c2。20多年来,CDF研究人员一直致力于实现对W玻色子质量越来越精确的测量。最新质量测量的中心值和不确定度为80433±9MeV/c2。该结果使用了从费米实验室Tevatron对撞机收集的整个数据集。它基于对420万个W玻色子者的观察,大约是2012年发布的合作分析中使用的数量的4倍。

“过去40年来,许多对撞机实验都对W玻色子质量进行了测量。”意大利国家核物理研究所的CDF联合发言人乔治?基亚雷利说,“这些都是具有挑战性的、复杂的测量,而且它们已经达到了很高的精度,利来最老牌网站。我们花了很多年的时间来完成所有的细节和必要的检查。这是我们迄今为止最可靠的测量,测量值和预期值之间的差异仍然存在。”

研究人员还将他们的结果与使用标准模型对W玻色子质量的预期最佳值80357±6MeV/c2进行了比较。该值基于复杂的标准模型计算,该计算将W玻色子的质量与其他两个粒子的质量的测量值错综复杂地联系起来:1995年在费米实验室Tevatron对撞机中发现的顶夸克和2012年在欧洲核子研究中心大型强子对撞机中发现的希格斯玻色子。(记者张梦然)

总编辑圈点

CDF项目历经了许多年,精确的测量值其实一直隐藏在分析仪中,直到项目得到全面审查,科学家才将这个惊喜结果带到世人面前。这一结果对测试标准模型的准确性作出了重要贡献,理论物理学界和其他实验也都将跟进并继续阐明这个问题,如果实验值和预期值之间的差异真的是由于某种新的粒子或亚原子相互作用造成的,那么它终归有一天会被发现。

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