科技日?qǐng)?bào)記者 張佳欣
在歐洲核子研究中心（CERN）當(dāng)?shù)貢r(shí)間17日舉行的研討會(huì)上，緊湊型繆子螺線管探測(cè)器（CMS）合作組報(bào)告稱，其在大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)（LHC）上對(duì)W玻色子質(zhì)量進(jìn)行了迄今為止同類實(shí)驗(yàn)中最精確的測(cè)量，結(jié)果為80360.2±9.9MeV。這一數(shù)值與粒子物理學(xué)標(biāo)準(zhǔn)模型高度一致。
W玻色子是一種基本粒子，與Z玻色子一起介導(dǎo)弱相互作用力。這種力是導(dǎo)致一種放射性現(xiàn)象的原因，并主導(dǎo)了為太陽提供能量的核聚變反應(yīng)。W玻色子于1983年在CERN被發(fā)現(xiàn)，但即便在40年后的今天，其質(zhì)量的測(cè)量仍極具挑戰(zhàn)性。W玻色子質(zhì)量是標(biāo)準(zhǔn)模型基本參數(shù)的關(guān)鍵預(yù)測(cè)之一，因此也是對(duì)該模型本身極其重要的檢驗(yàn)。
在CMS探測(cè)器中心產(chǎn)生的W玻色子幾乎會(huì)瞬間衰變成μ子和中微子。μ子能被CMS探測(cè)器探測(cè)到，但難以捉摸的中微子則會(huì)逃逸而無法被探測(cè)。如果μ子和中微子都能被探測(cè)到，那么W玻色子的質(zhì)量就可以像測(cè)量希格斯玻色子那樣，直接從粒子的能量和飛行方向中測(cè)量出來。為了應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)，研究人員利用了著名的質(zhì)量與能量關(guān)系方程E=mc2：質(zhì)量越大，μ子的能量和動(dòng)量就越大。因此，通過研究μ子的動(dòng)量，研究團(tuán)隊(duì)以極高的精度推斷出了W玻色子的質(zhì)量。
為了這項(xiàng)研究，研究人員開發(fā)了一種專用的高性能運(yùn)動(dòng)學(xué)重建算法。此外，他們還采用了最清晰的理論輸入和最新的實(shí)驗(yàn)技術(shù)，進(jìn)行了多項(xiàng)輔助研究來測(cè)試這些要素。
兩年前，美國能源部費(fèi)米國家加速器實(shí)驗(yàn)室對(duì)撞機(jī)探測(cè)器（CDF）合作項(xiàng)目的科學(xué)家報(bào)告了對(duì)W玻色子質(zhì)量的測(cè)定結(jié)果，其精確度達(dá)到了千分之一以下。該結(jié)果顯著偏離了標(biāo)準(zhǔn)模型的預(yù)測(cè)以及CERN其他測(cè)量的平均值。而此次備受期待的CMS結(jié)果不僅與CDF結(jié)果的精確度相當(dāng)，而且強(qiáng)烈支持標(biāo)準(zhǔn)模型的值，進(jìn)一步增強(qiáng)了當(dāng)前模型的可信度。
