Кубанский государственный технологический университет

Уточнено значение массы W-бозона

09-03-2012
Схематическое изображение реакции рождения и распада W-бозона в столкновении протонов на протонном коллайдере Тэватрон. Из распределения импульсов рожденных частиц можно получить массу W-бозона (изображение с сайта fcdfwww.fnal.gov)

Эксперимент CDF на коллайдере Тэватрон сообщил о рекордном по точности измерении массы W-бозона — одного из ключевых ингредиентов теории электрослабого взаимодействия. Физики сейчас анализируют возможные последствия этого результата.

Коллаборация CDF — один из двух основных детекторов, установленных на протонном коллайдере Тэватрон, — сообщила о новом измерении массы тяжелой элементарной частицы — W-бозона.

Новое значение массы составляет MW = 80,413 ± 0,048 ГэВ/c2 и является самым точным значением, полученным до сих пор в одном эксперименте. На иллюстрации справа показаны результаты измерения MW в более ранних экспериментах.

Уточненное значение массы какой-то отдельной частицы может показаться рутинным занятием, однако этот результат был упомянут среди главных научных достижений на Тэватроне в прошедшем году (см. презентацию Tevatron Run II Physics Highlights, PDF, 5,4 Мб) — и не зря.

Результаты измерения массы W-бозона в нескольких экспериментах. Желтая полоса — усредненный совокупный результат всех экспериментов (изображение с сайта dorigo.wordpress.com)

Дело в том, что W-бозон — это не просто «еще одна частица», а один из важных ингредиентов теории электрослабого взаимодействия, на котором основана Стандартная модель — современная картина физики микромира. Масса этой частицы, а также ее электрически нейтрального сотоварища — Z-бозона — связана тесными соотношениями со свойствами слабого взаимодействия элементарных частиц. Точное измерение массы этих частиц позволит проверить эти соотношения, а значит, позволит сказать, хорошо ли Стандартная модель описывает реальность или же намечаются какие-то нестыковки (за ними физики охотятся уже не первый десяток лет).

Кроме этого, благодаря точному измерению масс W-бозона и Z-бозона, а также топ-кварка можно по косвенным проявлениям изучить хиггсовский бозон (про хиггсовский механизм, про бозон Хиггса и про его поиски см. в популярной статье Время искать Хиггс). Хиггсовский бозон не просто постулируется — он является фундаментом всей электрослабой теории, и потому понятно желание физиков раздобыть об этой частице хоть крупицы информации. Конечно, окончательное слово останется за коллайдером LHC, который начнет работу в конце 2007 года, но, возможно, что-то можно узнать и сейчас.

Измеренное значение MW вкупе с полученными ранее значениями MZ и Mt (кстати, уточненное значение массы топ-кварка тоже было на днях получено коллаборацией CDF), свидетельствуют о том, что хиггсовский бозон действительно должен существовать и при этом он должен быть достаточно легким. Это, в свою очередь, является аргументом для сторонников суперсимметричного устройства нашего мира — в суперсимметричных теориях (по крайней мере один) хиггсовский бозон должен быть достаточно легким.

Стоит отметить, что три года назад как раз выбивающийся из колеи результат измерения MW в другом эксперименте, NuTeV, породил целую лавину теоретических исследований. Суть проблемы по состоянию на середину 2003 года изложена на страничке Текущие открытия в ФЭЧ: проблемы с углом Вайнберга в эксперименте NuTeV; ситуация с тех пор принципиально не изменилась. Эта история лишний раз доказывает, что открытия в физике элементарных частиц можно совершать не только путем повышения их энергии, но и путем чрезвычайно точных измерений свойств уже открытых частиц.

Игорь Иванов

‹‹