Ciencia y Tecnología

La medición más precisa de la masa del bosón W con modelo estándar y tensión hasta el momento

Después de 10 años de cuidadoso análisis y escrutinio, los científicos de la colaboración CDF en el Fermi National Accelerator Laboratory del Departamento de Energía de EE. UU. lograron la medición más precisa de la masa del bosón W, uno de los vectores de fuerza natural, hasta la fecha. Anuncié hoy que lo hice. partícula. Utilizando los datos recopilados por Fermilab’s Collider (CDF), los científicos determinaron la masa de partículas con una precisión del 0,01 %, que es el doble de la precisión de las mejores mediciones anteriores. Esto equivale a pesar un gorila de 800 libras a 1,5 onzas.

Nuevas medidas de precisión publicadas en la revista QuímicaPermite a los científicos probar el modelo estándar de física de partículas. Este es un marco teórico que describe la naturaleza en el nivel más básico. Resultados: Los nuevos valores de masa muestran la tensión entre los valores obtenidos por los científicos utilizando datos experimentales y teóricos en el contexto del Modelo Estándar.

“La cantidad de mejoras y validaciones adicionales realizadas a nuestros resultados es enorme”, dijo Ashutosh V. Kotwal de la Universidad de Duke, quien dirigió este análisis y es uno de los 400 científicos en la colaboración de la CDF. “Tuvimos en cuenta una mejor comprensión de los detectores de partículas y los avances en la comprensión teórica y experimental de la interacción de los bosones W con otras partículas. Resultó ser diferente de la predicción del modelo. »»

Si se confirma, esta medida sugiere que es posible que sea necesario mejorar el modelo estándar o los cálculos de extensión del modelo.

Los nuevos valores son consistentes con muchas mediciones previas de la masa del bosón W, pero también hay algunas discrepancias. Se necesitarán mediciones futuras para aclarar aún más los resultados.

“Este es un resultado interesante, pero necesitamos confirmar las medidas en otro experimento antes de que podamos interpretarlas por completo”, dijo Joe Ricken, director adjunto de Fermilab.

Los bosones W son partículas mensajeras nucleares débiles. Es responsable del proceso nuclear que hace brillar el sol y destruye las partículas. Usando las colisiones de partículas de alta energía producidas por el Colisionador Tevatron de Fermilab, la colaboración CDF ha recopilado una gran cantidad de datos, incluidos los bosones W desde 1985 hasta 2011.

Chris Hays, físico de CDF en la Universidad de Oxford, dijo: Fue una sorpresa cuando descubrí su valor. “”

La masa del bosón W es unas 80 veces la masa del protón, es decir, unos 80.000 MeV/c.2.. Los investigadores de la FCD han estado trabajando en mediciones cada vez más precisas de la masa del bosón W durante más de 20 años. El valor central y la incertidumbre de las últimas mediciones de masa son 80.433 +/- 9 MeV/c.2.. Este resultado utiliza un conjunto de datos recopilados del colisionador Tevatron de Fermilab. Esto se basa en las observaciones de 4,2 millones de bosones W candidatos, que es aproximadamente cuatro veces el número utilizado en el análisis publicado conjuntamente en 2012.

“Muchos experimentos con colisionadores han medido la masa de los bosones W en los últimos 40 años”, dijo Giorgio Chiarelli del Instituto Nacional Italiano de Física Nuclear (INFN-Pisa), co-portavoz de la CDF. .. “Estas son mediciones difíciles y complejas que han logrado una precisión sin precedentes. Tomó años hacer todos los detalles y verificaciones necesarios. Esta es la medición más sólida que se haya hecho hasta ahora. Y la discrepancia entre el valor medido y el valor esperado continúa. »”

El estudio colaborativo también comparó esos resultados con el mejor valor esperado de la masa del bosón W utilizando el modelo estándar, 80.357 ± 6 MeV/c.2.. Este valor se basa en un cálculo complejo del modelo estándar que correlaciona estrechamente la masa del bosón W con la masa medida de las otras dos partículas. El quark top descubierto en el Colisionador Tevatron del Instituto Fermi en 1995 y el Gran Colisionador de Hadrones del CERN en 2012.

David Toback de Texas A & M, co-portavoz de la CDF, dijo que los resultados contribuyeron de manera importante a probar la precisión del modelo estándar. “Depende de la comunidad de física teórica y otros experimentos rastrear esto y arrojar luz sobre este misterio”, agregó. “Si la diferencia entre los valores experimentales y esperados se debe a la interacción de algunas partículas nuevas o elementales, esa es una de las posibilidades y puede descubrirse en futuros experimentos.» »

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