… που συμφωνεί με την θεωρία

Το πείραμα CDF (Collider Detector at Fermilab) στις ΗΠΑ, πριν από έναν χρόνο περίπου μέτρησε την μάζα του μποζονίου W βρίσκοντας m_exp=80433,5±9,4 MeV. Η τιμή αυτή ήταν αρκετά μεγαλύτερη από την θεωρητικά αναμενόμενη m_th=80357±6 MeV, σύμφωνα με το Καθιερωμένο Πρότυπο των στοιχειωδών σωματιδίων. Το εντυπωσιακό με την μέτρηση του πειράματος CDF ήταν ότι είχε το μικρότερο σφάλμα από όλες τις προηγούμενες. Όμως, το πιο ακριβές δεν σημαίνει απαραίτητα και το πιο σωστό.

Χτες οι ερευνητές του πειράματος ATLAS στο CERN, ανακοίνωσαν την δική τους πειραματική προσέγγιση της μάζας του μποζονίου W στα m_exp=80360±16 MeV, 16% πιο ακριβή σε σχέση την παλαιότερη εκτίμηση του ATLAS το 2017. Η τιμή αυτή συμφωνεί με το Καθιερωμένο Πρότυπο, και προφανώς διαφωνεί με την περσινή ακριβέστερη εκτίμηση του πειράματος CDF.

Τα μποζόνια W, όπως τα περισσότερα στοιχειώδη σωματίδια με μεγάλη μάζα, είναι τόσο βραχύβια – ζουν μόνο για περίπου 10^-25 δευτερόλεπτα – που οι φυσικοί δεν τα βλέπουν ποτέ απευθείας. Ανιχνεύουν τα προϊόντα διάσπασης του μποζονίου W και μετρούν τη ορμή τους. Αυτό που κάνει τη μέτρηση της μάζας του μποζονίου W τόσο δύσκολη είναι ότι μόνο τα μισά από τα υποπροϊόντα είναι ορατά. Τα μποζόνια W διασπώνται προς ένα νετρίνο που συνοδεύεται από ένα ηλεκτρόνιο ή ένα μιόνιο. Όμως, δεν μπορούμε να μετρήσουμε τα νετρίνα, κι αυτό δημιουργεί το μεγάλο πρόβλημα στον προσδιορισμό της μάζας του W.

Η πειραματική ανακάλυψη του μποζονίου W έγινε το 1983.Το μποζόνιο W^± είναι ένα από τα πέντε σωματίδια που είναι υπεύθυνα για την διάδοση των δυνάμεων της φύσης.
Πρόκειται για ένα ηλεκτρικά φορτισμένο στοιχειώδες σωματίδιο (εμφανίζεται με θετικό ή αρνητικό ηλεκτρικό φορτίο) που μαζί με το ηλεκτρικά ουδέτερο Z μποζόνιο είναι υπεύθυνα για τη τη δύναμη που είναι γνωστή ως ασθενής πυρηνική.
Το μποζόνιο W είναι υπεύθυνο για δύο από τις πιο εκπληκτικές ανακαλύψεις του 20ου αιώνα -ότι η φύση έχει προτίμηση προσανατολισμού δεξιά-αριστερά («χειραλικότητα») και ότι η φυσική της αντι-ύλης είναι ανεπαίσθητα διαφορετική από τη φυσική του κόσμου που βλέπουμε γύρω μας και που αποτελείται από ύλη.
Το σωματίδιο W είναι πολύ βαρύ, πράγμα που σημαίνει ότι οι επιδράσεις του έχουν πολύ μικρό βεληνεκές και ότι είναι πολύ ασθενείς στη κλίμακα ενεργειών της καθημερινής ζωής.
Συνεπώς, η επίδραση αυτών των σωματιδίων είναι δυσδιάκριτη αλλά σημαντική! Για παράδειγμα, το σωματίδιο W μπορεί να αλλάξει τη φύση ενός αλληλεπιδρώντος σωματιδίου, μετατρέποντας ένα ηλεκτρόνιο σε νετρίνο ή ένα «κάτω» κουάρκ σε ένα «άνω» κουάρκ .
Αυτό είναι σημαντικό για την πυρηνική σύντηξη, που δίνει ενέργεια στον ήλιο, αφού αυτή εμπεριέχει την μετατροπή πρωτονίων σε νετρόνια. Τέλος, το σωματίδιο W παρέχει το μόνο κατοχυρωμένο μηχανισμό που επιτρέπει την διαφορετική εξέλιξη της ύλης και της αντιύλης. 

Στη νέα ανάλυση, οι φυσικοί του ATLAS επανεξέτασαν τα δεδομένα που είχαν συλλεχθεί το 2011 από τις συγκρούσεις πρωτόνίων σε ενέργεια κέντρου μάζας 7 TeV Χρησιμοποιώντας βελτιωμένες στατιστικές μεθόδους και βελτιώσεις στην επεξεργασία των δεδομένων, κατάφεραν να μειώσουν την αβεβαιότητα της μέτρησης της μάζας του μποζονίου W περισσότερο από 15%. Eστίασαν σε γεγονότα όπου το μποζόνιο W διασπάται σε ηλεκτρόνιο ή μιόνιο (λεπτόνια) και στο αντίστοιχο νετρίνο (του ηλεκτρονίου ή του μιονίου). Η μάζα του μποζονίου W στη συνέχεια προσδιορίστηκε προσαρμόζοντας τις κινηματικές κατανομές των παραγόμενων λεπτονίων στα πειραματικά δεδομένα.

Η ιστορία των μετρήσεων της μάζας του μποζονίου W δεν τελειώνει εδώ. Αναμένονται επιπλέον ανεξάρτητες μετρήσεις και θα χρειαστεί αρκετός χρόνος μέχρι να μέχρι να επέλθει η πειραματική συμφωνία.

Bίντεο: Τo μποζόνιο W ‘ξαναζυγίστηκε’ από το πείραμα ATLAS και βρέθηκε ελαφρύτερο

πηγή: https://atlas.cern/Updates/Briefing/2023-W-Mass-Measurement

Κατηγορίες:ΣΤΟΙΧΕΙΩΔΗ ΣΩΜΑΤΙΑ, LHC

Ετικέτες: ATLAS, ΜΠΟΖΟΝΙΟ W, PHYSICS