Открытый в 1984 году Z-бозон — фундаментальный посредник в слабых ядерных взаимодействиях, на которых строится вся барионная материя. Физики стремятся максимально точно определить массу Z-бозона. Последние измерения на Большом адронном коллайдере позволили сделать это с погрешностью менее сотой доли процента.
Команда ученых, работающая по программе LHCb (Large Hadron Collider beauty) совершила прорыв в точной физике. В новой статье, опубликованной в журнале Physical Review Letters и доступной в настоящее время на сервере препринтов arXiv, коллаборация LHCb сообщает о первом специальном измерении массы Z-бозона на Большом адронном коллайдере (БАК) с использованием данных о столкновениях протонов высоких энергий. Измерения проводились еще в 2016 году во время второго запуска коллайдера. Обработка данных заняла 9 лет.
Z-бозон — это массивная электрически нейтральная частица, которая является «посредником» при слабых ядерных взаимодействиях, одним из фундаментальных типов взаимодействия в природе. Обладая массой около 9*1010 электронвольт, он входит в число самых тяжелых элементарных частиц. Открытый в ЦЕРН (фр. Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire, CERN) более 40 лет назад, наряду с W-бозоном, Z-бозон сыграл ведущую роль в подтверждении стандартной модели физики элементарных частиц — прорыве, который привел к присуждению Нобелевской премии по физике Карло Рубиа и Симону ван дер Меру в 1984 году. Точное знание его массы по-прежнему имеет важное значение для тестирования стандартной модели и поиска проявлений «новой физики».
Новое измерение LHCb основано на выборке из 174 тысяч Z-бозонов, распадающихся на пары мюонов, своего рода утяжеленных электронов. В результате измерений масса Z-бозона была оценена в 91 184,2 МэВ с погрешностью всего в 9,5 МэВ, или около сотой доли процента.
Результат согласуется с измерениями, проведенными на электрон–позитронном коллайдере LEP, предшественнике БАК, и экспериментом на бывшем протон–антипротонном коллайдере в США. Кроме того, результат соответствует точности предсказания стандартной модели, допускавшей неопределенность в 8,8 МэВ.
Измерения LHCb показывают, что на БАК можно достичь требуемого уровня точности, несмотря на сложную среду протон–протонных столкновений, в которой одновременно образуется множество разнородных частиц.
Недавно мы рассказали, как в Большом адронном коллайдере свинец превратился в золото. Правда, на очень короткое время.
Источник