Ученые, работающие в рамках эксперимента ATLAS на Большом Адронном Коллайдере, произвели первые в истории высокоточные измерения массы-энергии W-бозона. Этот бозон является одной из двух элементарных частиц, отвечающих за силы слабых ядерных взаимодействий, одного из четырех видов фундаментальных сил, которые определяют поведение и свойства всей материи в нашей Вселенной. Полученное учеными значение массы W-бозона составляет 80370±19 МэВ (мегаэлектронвольт), что полностью укладывается в рамки Стандартной Модели Физики элементарных частиц, теории, которая описывает все известные элементарные частицы и виды взаимодействия между ними.

Измерение массы W-бозона основано на наборе данных, в котором фигурирует около 14 миллионов таких частиц, собранных в 2011 году, когда коллайдер еще работал на энергии 7 ТэВ. Полученное значение соответствует данным предыдущих измерений, выполненных на ускорителях LEP («предке» БАК) и Tevatron. Ключевым моментом для проведения измерений являлась высокоточная калибровка датчиков эксперимента ATLAS и подробное моделирование процесса возникновения W-бозона. А собственно измерения производились на основе данных о событиях, связанных с Z-бозонами, и результатов других косвенных измерений.

W-бозон является одной из самых тяжелых из известных частиц. Он был открыт в 1983 году на ускорителе Super proton-antiproton Synchrotron Европейской организации ядерных исследований CERN, а в 1984 году за это открытие была присуждена Нобелевская премия в области физики. Несмотря на то, что свойства W-бозона изучались на протяжении более 30 лет, никому раньше не удавалось измерить его массу с достаточно высокой точностью.

«Данные, собранные на ускорителях предыдущих поколений за все время их работы, не смогли обеспечить необходимую точность измерения массы W-бозона» — рассказывает Танкреди Карли (Tancredi Carli), один из координаторов ATLAS Collaboration, — «Нам же удалось собрать все необходимые данные только за один год работы ускорителя. И сейчас, когда коллайдер работает на его полной мощности, у нас имеется хорошая возможность для получения более точных результатов и исследований в области так называемой новой физики, физики, выходящей за пределы Стандартной Модели».

И в заключение следует отметить, что высокоточное измерение массы W-бозона, истинного кварка и бозона Хиггса является ключевым моментом в деле поиска новой физики. Ведь любое отклонение практически полученного значения массы от теоретического может указывать на существование принципиально новых явлений, которые находятся в противоречии со Стандартной Моделью.