Коллайдеры снова не сошлись в оценке массы W-бозона

Физики из коллаборации ATLAS уточнили массу W-бозона - частицы-переносчика слабого взаимодействия, говорится в пресс-релизе эксперимента. Используя старые данные с Большого адронного коллайдера, но новый метод обработки, ученые получили значение, которое согласуется с предсказаниями Стандартной модели, но сильно отличается от результата, полученного группой CDF, анализировавшей данные с уже закрытого коллайдера Тэватрон. Таким образом расхождение "показаний" двух крупных экспериментов сохраняется, и причина его неясна.

Физики, занимающиеся элементарными частицами, регулярно уточняют значения, которые дает Стандартная модель, чтобы найти намеки на противоречия в ней и выход к "новой физике". Для этого совершенствуются установки, наращиваются объемы данных, улучшаются методы обработки. Еще одна стратегия - сравнивать результаты измерения одних и тех же констант, полученные разными группами на разных установках.

Именно так складывался цикл исследования W-бозона. Одна из установок, на которой измеряли его массу — это американский коллайдер Тэватрон, проработавший с 1985 по 2011 год. Несмотря на то, что коллайдер был закрыт более 10 лет назад, физики работавшие на одном из его детекторов - установке CDF, до сих пор обрабатывают собранные данные.

В 2022 году они выпустили статью, посвященную измерению массы W-бозона. У физиков с Тэватрона вышло, что этот бозон обладает массой 80433 ± 9,4 мегаэлектронвольт, что на семь стандартных отклонений (сигм) отличается от значения, установленного Стандартной моделью (80357 мегаэлектронвольт). Это большое расхождение, учитывая что пять сигм — это критерий открытия в физике элементарных частиц. Мы подробно писали об этом в материале «Камешек в ботинке».

После этого точность измерения массы W-бозона решили проверить коллаборации, работающие на Большом адронном коллайдере. Первыми представила свои данные команда детектора ATLAS. Они обновили значение, и теперь по их версии масса W-бозона равна 80360 ± 16 мегаэлектронвольт.

Новый результат физиков ATLAS на 16 процентов точнее, чем их предыдущее измерение, и он согласуется со Стандартной моделью. Чтобы его получить, ученые использовали данные второго сезона работы коллайдера, но усовершенствовали методы подгонки данных, а также обновили функции распределения партонов в протоне. Кроме того, исследователи провели серию протон-протонных столкновений, чтобы уточнить теоретическую модель образования W-бозонов.

При этом новые данные с ATLAS пока не позволяют понять причины такого сильного отклонения измерений CDF.

Одна из трудностей, которая ограничивает точное измерение массы этих частиц — это данные о нейтрино, рождающихся в столкновениях протонов. В будущем эту проблему сможет решить детектор FASER, расположенный неподалеку от ATLAS. Про успехи этой группы мы рассказывали совсем недавно.