Energiaministeriön Fermi-kansallisen kiihdytinlaboratorion tutkijat ovat saavuttaneet maailman tarkemman W-bosonin massan mittauksen yhdellä kokeilulla. Yhdistettynä muihin mittauksiin W-bosonimassan tiukempi ymmärtäminen johtaa tutkijoita myös lähemmäksi vaikeasti tavoitettavan Higgsin bosonipartikkelin massaa.
Higgs-hiukkanen on teoreettinen, mutta vielä näkymätön hiukkanen, jota kutsutaan myös ”jumalapartikkeliksi”, jonka uskotaan antavan muille hiukkasille niiden massan. W-bosoni, joka on noin 85 kertaa raskaampi kuin protoni, mahdollistaa radioaktiivisen beetahajoamisen ja saa auringon paistamaan.
Tämänpäiväinen ilmoitus on toinen merkittävä löytö viikossa kansainväliselle DZero-yhteistyölle Fermilabissa. Aiemmin tällä viikolla ryhmä ilmoitti tuottavansa yhden ylimmän kvarkin Fermilabin Tevatron-törmäyksessä.
DZero on kansainvälinen kokeilu, johon osallistuu noin 550 fyysikkoa 90 laitoksesta 18 maassa. Sitä tukevat Yhdysvaltain energiaministeriö, Kansallinen tiedesäätiö ja monet kansainväliset rahoituslaitokset. Viime vuonna yhteistyö on julkaissut 46 tieteellistä artikkelia, jotka perustuvat DZero-hiukkasdetektorilla tehtyihin mittauksiin.
W-bosoni on heikon ydinvoiman kantaja ja keskeinen elementti hiukkasten ja voimien standardimallissa, joka myös ennustaa Higgsin bosonin. Sen tarkka massa on ratkaisevan tärkeä laskelmissa, joilla voidaan arvioida Higgsin bosonin todennäköistä massaa tutkimalla sen hienovaraisia kvanttivaikutuksia W-bosoniin ja yläkvarkkiin, alkuainepartikkeliin, joka löydettiin Fermilabista vuonna 1995.
DZero-kokeessa työskentelevät tutkijat ovat nyt mitanneet W-bosonin massan tarkkuudella 0,05. DZeron mittaama hiukkasen tarkka massa on 80,401 +/- 0,044 GeV / c ^ 2. Yhteistyö esitti tuloksensa sunnuntaina Rencontres de Moriond -nimisen vuotuisen konferenssin Electroweak Interactions and Unified Theories yhteydessä.
"Tämä kaunis mittaus havainnollistaa Tevatronin voimaa tarkkuusinstrumenttina ja tarkoittaa, että standardimallille tilaamassamme stressitestistä tulee stressaavampaa ja paljastavampaa", Fermilab-teoreetikko Chris Quigg sanoi.
DZero-ryhmä määritti W-massan mittaamalla W-bosonien hajoamisen elektroneiksi ja elektronineutriinoiksi. Mittauksen suorittaminen edellytti DZero-hiukkasdetektorin kalibrointia tarkkuudella noin kolme sadasosaa prosentista, mikä on vaivalloinen tehtävä, joka vaati useita vuosia vaivaa tutkijaryhmältä, mukaan lukien opiskelijat.
Sen jälkeen kun se löydettiin eurooppalaisessa CERN-laboratoriossa vuonna 1983, useissa Fermilabissa ja CERNissä tehdyissä kokeissa on mitattu W-bosonin massa jatkuvasti kasvavalla tarkkuudella. Nyt DZero saavutti parhaan tarkkuuden huolellisen analysoinnin avulla Tevatron-partikkelikopterin Fermilabissa toimittamasta suuresta tietonäytteestä. DZero-tuloksen johdonmukaisuus aiempien tulosten kanssa kertoo käytettyjen erilaisten kalibrointi- ja analyysimenetelmien pätevyydestä.
"Tämä on yksi haastavimmista tarkkuusmittauksista Tevatronissa", sanoi DZero-puolueen edustaja Dmitri Denisov Fermilabista. "Kestimme monien vuosien ponnisteluja, kun yhteistyömme rakensi 5500 tonnin ilmaisimen, kerää ja rekonstruoi tiedot ja suorittaa sitten monimutkainen analyysi parantaaksemme tietoamme tästä standardimallin perusparametrista."
Lähde: Fermilab
