Физики ЦЕРН измерили точную массу одной из самых тяжелых частиц во Вселенной, W-бозона, и не нашли расхождений с предыдущими замерами и предсказаниями Стандартной модели, что стало самой строгой проверкой ее истинности, говорится в статье, опубликованной в European Physical Journal C.
"Столь точные замеры, проведенные внутри коллайдера с его необычным внутренним миром, были большим вызовом для нас. Нам удалось достичь той же точности замеров, что и в предыдущих опытах, используя лишь данные с первого этапа работы БАК. Все это говорит о том, что дальнейший анализ данных поможет нам углубить проверку Стандартной модели и приступить к поискам следов новой физики",
— заявил Танкреди Карли (Tancredi Carli), официальный представитель коллаборации ATLAS.
Как сегодня считают ученые, "общением" всех частиц видимой материи управляет четыре типа сил природы – гравитация, электромагнетизм, а также сильные и слабые взаимодействия, отвечающие за взаимодействия частиц внутри ядер атомов и задающие последствия их столкновений друг с другом.
Роль переносчиков всех этих сил играют особые частицы, так называемые калибровочные бозоны. К примеру, фотоны отвечают за электромагнитные взаимодействия, а так называемые W- и Z-бозоны – за перенос слабых взаимодействий, заставляя частицы обмениваться импульсом или электрическим зарядом. Оба этих бозона обладают очень большой массой и поэтому они были открыты относительно недавно, в 1983 году.
Точная масса W-бозона, как отмечает Карли, интересна ученым по той причине, что она позволяет проверить выкладки Стандартной модели физики с рекордно высокой точностью, так как этот показатель можно вычислить теоретически, опираясь на три других значения – массу Z-бозона, постоянную тонкой структуры и константу Ферми.
Соответственно, если реальная и теоретическая масса W-бозона разойдутся, то тогда у ученых появятся первые железные доказательства существования физики за пределами Стандартной модели и наличия сил природы, которые она не предсказывает.
За последние 30 лет ученые неоднократно пытались улучшить точность этих замеров, однако сделать это невероятно тяжело из-за того, что W-бозон тяжелее не только протонов, нейтронов и прочих элементарных частиц, но и примерно половины элементов из таблицы Менделеева. Несмотря на все усилия физиков, погрешность реальных замеров пока примерно в два раза выше, чем у теоретически предсказанных значений, что пока не позволяет проверить Стандартную модель.
Карли и его коллеги заявляют, что им удалось приблизиться к решению этой проблемы, используя данные, которые детектор ATLAS собирал на первом этапе работы БАК в 2011 году. За это время внутри кольца коллайдера, как показывают расчеты ученых, родилось примерно 13 миллионов W-бозонов, свойства которых физики ЦЕРН смогли детально изучить, проанализировав то, как распадались другие частицы, в том числе Z-бозоны, мюоны и другие легкие "обитатели" коллайдера.
Эти замеры привели к таким же результатам, как и опыты на предшественниках БАК, коллайдере "Тэватрон" и ускорителе SPS, получив примерно такую же массу W-бозона – 80369 МэВ, и такой же разброс значений – плюс-минус 18 МэВ. Анализ результатов остальных пяти лет работы БАК, как надеются ученые, помогут сузить разброс значений и понять, соответствует ли масса этого "посланника" сил природы предсказаниям Стандартной модели.