המדידה המדויקת ביותר של המסה של בוזון W חורגת מהמודל הסטנדרטי
לאחר 10 שנים של ניתוח ואימות מרובה, חוקרי הפרויקט השיתופי של CDF בראשות מעבדת האצה הלאומית של פרמי (Fermilab) הודיעו שיש להם את המדידות המדויקות ביותר של המסה של W בוזונים, הנושא של אחת מארבע האינטראקציות הפיזיות הבסיסיות. התוצאות מצביעות על כך שיש לשפר או להרחיב את המודל הסטנדרטי.
אנו מכירים את ארבע האינטראקציות הפיזיות הבסיסיות: כּוֹחַ הַכּוֹבֶד, חוּלשָׁה, אלקטרומגנטית und אינטראקציה חזקה. ה-w-בוסון הוא הנשא של האינטראקציה החלשה. מבוסס על נתונים מ גלאי מאיץ ב-Fermilab (CDF), המדענים ב-Fermilab קבעו את המסה של בוזון W בדיוק של 0,01%. המדידה מדויקת פי שניים מבעבר. לאחר שהוקם, המדענים השתמשו בערך החדש כדי לבדוק את המודל הסטנדרטי.
מקור תמונה: Pixabay / אלה
ביצענו מספר רב של תיקונים ובדיקות נוספות. בכך, יש לנו את ההבנה המשופרת שלנו לגבי גלאי חלקיקים עצמו כמו גם התקדמות בהבנה התיאורטית והניסיוני של האינטראקציה של ה W בוזונים עם חלקיקים אחרים בחשבון. כאשר עשינו לבסוף את כל החישובים, גילינו שהם חרגו מהתחזיות של המודל הסטנדרטי", אומר אשוטוש ו' קוטוואל מאוניברסיטת דיוק, שהוביל את הקבוצה שביצעה את החישובים. הוא אחד מ-400 מדענים הפועלים במסגרת של שיתוף פעולה של CDF לעבוד יחד.
המדידות החדשות מתאימות במובנים רבים למדידות קודמות w בוזוןמסכים, אך סוטים מהם במספר היבטים. לכן נדרשות חקירה נוספת. אלו הן תוצאות מאוד מסקרנות, אבל צריך לאשר אותן על ידי ניסויים אחרים כדי להסביר אותן במלואן, אומר מנהל שותף של פרמילב, ג'ו ליקן.
בוזון W, נשא של האינטראקציה החלשה, אחראי בין היתר לתהליכים שגורמים לשמש לזרוח וגורמים לריקבון החלקיקים. הפרמילב, שהוא בעל ערך רב למדע מאיץ טבטרון יש לו כמות עצומה של נתונים שנאספו בין 1985 ל-2011. מדידות ה-CDF בוצעו במשך שנים רבות. תוצאות המדידות הללו הוסתרו בנתונים שהיה צריך לנתח בפירוט. כשסוף סוף השגנו אותם, נדהמנו, אומר הפיזיקאי מאוניברסיטת אוקספורד כריס הייז.
המסה של בוזון W גדול בערך פי 80 מזה של הפרוטון והוא בערך 80.000 MeV/c2. מדענים ב-Fermilab ציינו כעת את השיטה. הודות לעבודתם, אנו יודעים כעת שזה 80 ± 433 MeV/c9. תוצאה זו מבוססת על מחקר של 4,2 מיליון בוזונים Wn בוצע ב-Fermilab.
במהלך 40 השנים האחרונות, ניסויים במאיצים רבים אפשרו לחקור את W בוזונים מאפשר. אלו מדידות מאוד קשות ומורכבות שמתעדנות כל הזמן. העבודה שלנו נמשכת שנים רבות. ביצענו את המדידות המדויקות ביותר, כדי שנוכל להסיק שיש אי התאמה בין הערך הנמדד לערך הצפוי", אומר דובר שיתוף הפעולה של CDF, Giogrio Chiarelli, מהמכון הלאומי לפיזיקה גרעינית של איטליה.
החישוב המדויק ביותר של המסה של W בוזונים מבוסס על המודל הסטנדרטי - אלה המבוססים על מדידות של המסות של הקווארק העליון וה- בוזונים של היגס - נותן תוצאה של 80 357 ± 6 MeV/c2. אז ההבדל בין החישובים התיאורטיים למדידות שבוצעו ברור. כעת על מחברי ניסויים נוספים ופיזיקאים תיאורטיים לנסות להסביר אותם. אם ההבדל בין תוצאות הניסוי לחישובים התיאורטיים נובע מקיום אינטראקציה חדשה - וזו רק אפשרות אחת - אז ניסויים עתידיים צריכים לגלות זאת.