Tento výsledok opäť predvádza výnimočnosť Veľkého hadrónového urýchľovača a jeho detektorov, ktoré naďalej posúvajú hranice presnosti.
CMS (Compact Muon Solenoid) detektor. Zdroj: iStockphoto.com
Doposiaľ najpresnejšie meranie hmotnosti W bozónu vo Veľkom hadrónovom urýchľovači (LHC) je netrpezlivo očakávaným výsledkom, ktorý je navyše v súlade s predpoveďou štandardného modelu časticovej fyziky.
Najnovšie meranie hmotnosti W bozónu bolo uskutočnené CMS experimentom (The Compact Muon Solenoid – Kompaktný miónový solenoid) v CERN-e. W bozón je elementárna častica, ktorá spolu so Z bozónom sprostredkuje slabú silu, ktorá je zodpovedná za rádioaktivitu a spúšťa jadrovú fúziu poháňajúcu Slnko.
Najpresnejšie meranie v LHC
Počas seminára, ktorý sa uskutočnil 17. septembra v CERN-e, referovala CMS kolaborácia o svojej analýze dát z druhého behu protónovo-protónových zrážok vo Veľkom hadrónovom urýchľovači (LHC), ktorej účelom bolo prvé meranie hmotnosti tejto fundamentálnej častice.
Získaný výsledok je nateraz najpresnejším meraním hmotnosti W bozónu v LHC a zhoduje sa s predpoveďou štandardného modelu časticovej fyziky a so všetkými predchádzajúcimi meraniami s výnimkou merania z CDF experimentu v bývalom protónovo-antiprotónovom urýchľovači Tevatron vo Fermilabe.
Veľký hadrónový urýchľovač v CERN-e. Zdroj: CERN
Testovanie súladu so štandardným modelom
Podľa štandardného modelu má hmotnosť W bozónu úzky vzťah k sile interakcie, ktorá zjednocuje elektromagnetickú a slabú silu, a tiež k hmotnosti Higgsovho bozónu a k hmotnosti top kvarku. Toto vymedzuje hodnotu hmotnosti W bozónu na 80353 miliónov elektrónvoltov (MeV) s neurčitosťou 6 MeV.
Meranie hmotnosti W bozónu s vysokou presnosťou umožňuje testovať, či sú všetky tieto vlastnosti v súlade so štandardným modelom. Ak nie sú, príčinou by mohli byť také fenomény novej fyziky, ako sú nové častice a interakcie.
CMS kandidát na prípad zrážky, v ktorej sa vzniknutý W bozón rozpadá na mión (červená čiara) a neutríno, ktoré uniká detekcii (ružová šípka). Zdroj: CMS/CERN.
Objavili ho pred 40 rokmi
Od objavu W bozónu, ktorý sa uskutočnil pred zhruba 40 rokmi v CERN-e, bola jeho hmotnosť meraná so stále väčšou presnosťou niekoľkými experimentmi v urýchľovači v CERN-e a na iných miestach. V roku 2022 nameral CDF experiment prekvapujúco vysokú hodnotu hmotnosti W bozónu, čo uvrhlo časticu do „krízy stredného veku”. CDF hodnota 80433,5 MeV s neurčitosťou 9,4 MeV sa podstatne líšila od predpovede štandardného modelu a tiež od ďalších experimentálnych meraní, čo vyvolalo potrebu ďalších štúdií.
ATLAS kolaborácia, ktorá vykonala svoje prvé meranie hmotnosti W bozónu v roku 2017, zverejnila v roku 2023 zlepšený výsledok založený na reanalyzovaní dát z prvého behu protónovo-protónových zrážok v LHC. Tento zlepšený výsledok, konkrétne 80366,5 MeV s neurčitosťou 15,9 MeV, bol v súlade so všetkými predošlými meraniami s výnimkou CDF merania, ktoré zostáva doteraz najpresnejším meraním s presnosťou 0,01 percenta.
Experiment CMS prispel v súčasnosti do tohto globálneho snaženia so svojím prvým meraním hmotnosti W bozónu. Veľmi očakávaný výsledok 80360,2 s neurčitosťou 9,9 MeV má presnosť porovnateľnú s CDF meraním a súhlasí so všetkými predošlými meraniami okrem práve CDF výsledku.
„Čakanie na CMS výsledok sa skončilo. Po dôkladnej analýze dát získaných v roku 2016 a vykonaní všetkých krížových kontrol má CMS hotovú hodnotu pre hmotnosť W bozónu,” povedala odchádzajúca hovorkyňa CMS Patricia McBrideová. „Táto analýza je prvým pokusom zmerať hmotnosť W bozónu v náročných podmienkach zrážok druhého behu LHC. A všetka náročná práca kolektívu vyústila do extrémne presného merania hmotnosti W bozónu a najpresnejšieho merania v LHC,” dodala.
Meranie hmotnosti W bozónu
„Meranie hmotnosti W bozónu je veľmi ťažké, zahŕňa delikátne merania a teoretické modelovania produkcie W bozónu a jeho rozpadu na leptón (v tomto prípade mión) a neutríno, ktoré uniká bez detekcie,” vysvetľuje nastupujúci hovorca CMS Gautier Hamel de Monchenault. „Takúto rekordnú úroveň presnosti sme získali vďaka schopnosti CMS detektora merať mióny s vysokou presnosťou a použitím najnovších a najpokročilejších teoretických nástrojov, z ktorých niektoré boli testované krížovou kontrolou.“
Tento výsledok opäť predvádza výnimočnosť LHC a jeho detektorov, ktoré naďalej posúvajú hranice presnosti a podrobujú štandardný model a jeho rozšírenia čoraz prísnejším testom. Ďalší pokrok v tomto smere sa dá očakávať z dát, ktoré sa získajú z prebiehajúceho tretieho behu LHC, ako aj dát z High-Luminosity LHC, modernizovanej verzie LHC.
Zdroj: TS Svet častíc
(JM)
