Tras una medición inesperada realizada por el detector del colisionador del experimento Fermilab (CDF) en 2022, los físicos del Experimento de Solenoide Lunar Compacto (CMS) del Gran Colisionador de Hadrones (LHC) anunciaron hoy una nueva medición de la masa del bosón W, uno de los fuerzas de la naturaleza. – transporta partículas. Esta nueva medición, la primera en el experimento CMS, utiliza una nueva técnica que la convierte en la investigación más completa de la masa del bosón W hasta la fecha. Después de casi una década de análisis, CMS descubrió que la masa del bosón W es consistente con las predicciones, poniendo fin finalmente a un misterio de años. Vea el artículo publicado.
El análisis final utilizó 300 millones de eventos y 4 mil millones de eventos simulados recopilados durante la ejecución del LHC en 2016. A partir de este conjunto de datos, el equipo reconstruyó y luego midió las masas de más de 100 millones de bosones W. Descubrieron que la masa del bosón W es de 80.360,2 ± 9,9 megaelectrones voltios (MeV), lo que es coherente con la predicción del modelo estándar de 80.357 ± 6 MeV. También realizaron un análisis separado que verificó las hipótesis teóricas.
“El nuevo resultado del CMS es único debido a su precisión y la forma en que cuantificamos la incertidumbre”, dijo Patty McBride, distinguida científica del Laboratorio Nacional de Investigación Fermi del Departamento de Energía de Estados Unidos y ex portavoz del CMS. “Hemos aprendido mucho de la CDF y de otros experimentos que han funcionado en la cuestión de la masa del bosón W. Estamos sobre sus hombros, y esa es una de las razones por las que hemos podido hacer que esta investigación dé un gran paso adelante”.
Desde el descubrimiento del bosón W en 1983, los físicos han medido su masa en 10 experimentos diferentes.
El bosón W es una de las piedras angulares del Modelo Estándar, el marco teórico que describe la naturaleza en su nivel más fundamental. Una comprensión precisa de la masa del bosón W permite a los científicos mapear la interacción de partículas y energías, incluido el acoplamiento del electromagnetismo con la intensidad del campo de Higgs y la fuerza débil, responsable de la desintegración radiactiva.
“El universo entero es un delicado acto de equilibrio”, afirmó Anadi Canepa, viceportavoz de pruebas de CMS y científico principal del Fermilab. “Si la masa W es diferente de lo que esperábamos, entonces puede haber nuevas partículas o fuerzas”.
La precisión de la medición del nuevo CMS es del 0,01%. Este nivel de precisión corresponde a un lápiz de 4 pulgadas de largo que mide entre 3,9996 y 4,0004 pulgadas. Pero a diferencia del lápiz, el bosón W es una partícula elemental sin volumen físico y con una masa menor que la de un solo átomo de plata.
“Esto es extremadamente difícil de medir”, añadió Canepa. “Necesitamos múltiples mediciones de múltiples pruebas para verificar el valor”.
El experimento CMS es único de otros experimentos que han realizado esta medición debido a su diseño compacto, sensores especiales para partículas elementales llamadas muones y un imán solenoide muy potente que dobla la trayectoria de las partículas cargadas a medida que pasan a través del detector.
“Pudimos hacer esto de manera efectiva gracias a una combinación de un conjunto de datos más grande, la experiencia que hemos adquirido en estudios anteriores del bosón W y los últimos desarrollos teóricos”, dijo Bendavid. “Esto nos permitió liberarnos del bosón Z como punto de referencia”.
Como parte de este análisis, examinaron 100 millones de pistas de la desintegración de partículas conocidas para restaurar una gran parte del detector CMS hasta que fuera un orden de magnitud más preciso.
“Este nuevo nivel de precisión nos permitirá abordar medidas importantes como los bosones W, Z y Higgs con mayor precisión”, dijo Manka.
La parte más desafiante del análisis fue su intensidad de tiempo, ya que requirió desarrollar una técnica de análisis novedosa y desarrollar una comprensión increíblemente profunda del detector CMS.
“Comencé esta investigación como estudiante de verano y ahora estoy en mi tercer año como postdoctorado”, dice Manka. “Es un maratón, no una carrera de velocidad”.
El experimento Compact Muon Solenoid (CMS) está financiado en parte por la Oficina de Ciencias del Departamento de Energía y la Fundación Nacional de Ciencias. Es una de las dos grandes pruebas de propósito general. Gran Colisionador de Hadrones (LHC) A CERNLaboratorio Europeo de Física de Partículas.
Más información: Mediciones de masa del bosón W en colisiones protón-protón en √s= 13 TeV