最新 W 玻色子测量质量与标准模型相符

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最新 W 玻色子测量质量与标准模型相符

整理 | 周舒义、望乡

在欧洲核子研究中心（CERN）当地时间 9 月 17 日举行的研讨会上，紧凑型缪子螺线管探测器（CMS）合作组报告称，其在大型强子对撞机（LHC）上对 W 玻色子质量进行了迄今为止同类实验中最精确的测量，结果为 80360.2±9.9MeV 。这一数值与粒子物理学标准模型高度一致。


CMS 候选碰撞事件，其中 W 玻色子衰变为 μ 子（红线）和逃脱探测的中微子（粉色箭头）。| CMS/CERN

W 玻色子是一种基本粒子，与 Z 玻色子一起介导弱相互作用力。这种力主导了原子核的 β 衰变，以及太阳的核聚变反应。W 玻色子于 1983 年在 CERN 被发现，但即便在 40 年后的今天，其质量测量仍极具挑战性。W 玻色子质量是标准模型基本参数的关键预测之一，因此也是对该模型本身极其重要的检验。

在 CMS 探测器中心产生的 W 玻色子几乎会瞬间衰变成 μ 子和中微子。μ 子能被 CMS 探测器探测到，但难以捉摸的中微子则会逃逸而无法被探测。如果 μ 子和中微子都能被探测到，那么 W 玻色子的质量就可以像测量希格斯玻色子那样，直接从粒子的能量和飞行方向中测量出来。为了应对这一挑战，研究人员利用了著名的质量与能量关系方程 E=mc^2 ：质量越大，μ 子的能量和动量就越大。因此，通过研究 μ 子的动量，研究团队以极高的精度推断出了 W 玻色子的质量。

2022 年 4 月 7 日，美国费米国家加速器实验室对撞机探测器（CDF）合作项目的科学家报告了对 W 玻色子质量的测定结果，其精确度达到了 0.01% 。测量结果比标准模型的预期结果偏离了 7 个标准偏差，显著偏离了标准模型的预测以及 CERN 其他测量的平均值。而此次备受期待的 CMS 结果不仅与 CDF 结果的精确度相当，而且强烈支持标准模型的值，进一步增强了当前模型的可信度。

（来源：科技日报）

原创 周舒义、望乡 返朴 2024 年 09 月 21 日 08:58 上海