Οι επιστήμονες στο εργαστήριο Fermi National Accelerator του Τμήματος Ενέργειας πέτυχαν την ακριβέστερη μέτρηση της μάζας του μποζονίου στον κόσμο με ένα μόνο πείραμα. Σε συνδυασμό με άλλες μετρήσεις, μια αυστηρότερη κατανόηση της μάζας W μποζονίου θα οδηγήσει επίσης τους ερευνητές πιο κοντά στη μάζα του αόριστου σωματιδίου του μποζονίου Higgs.
Το σωματίδιο Higgs είναι ένα θεωρητικό αλλά ακόμη αόρατο σωματίδιο, που ονομάζεται επίσης «σωματίδιο του Θεού», το οποίο πιστεύεται ότι δίνει στα άλλα σωματίδια τη μάζα τους. Το μποζόνιο W, το οποίο είναι περίπου 85 φορές βαρύτερο από ένα πρωτόνιο, επιτρέπει τη ραδιενεργή βήτα διάσπαση και κάνει τον ήλιο να λάμπει.
Η σημερινή ανακοίνωση σηματοδοτεί τη δεύτερη σημαντική ανακάλυψη σε μια εβδομάδα για τη διεθνή συνεργασία DZero στο Fermilab. Νωρίτερα αυτή την εβδομάδα, το συγκρότημα ανακοίνωσε την παραγωγή ενός μοναδικού κορυφαίου κουάρκ στο Fermilab’s Tevatron collider.
Το DZero είναι ένα διεθνές πείραμα περίπου 550 φυσικών από 90 ιδρύματα σε 18 χώρες. Υποστηρίζεται από το Υπουργείο Ενέργειας των ΗΠΑ, το Εθνικό Ίδρυμα Επιστημών και ορισμένους διεθνείς οργανισμούς χρηματοδότησης. Τον τελευταίο χρόνο, η συνεργασία δημοσίευσε 46 επιστημονικές εργασίες με βάση μετρήσεις που έγιναν με τον ανιχνευτή σωματιδίων DZero.
Το W μποζόνιο είναι φορέας της αδύναμης πυρηνικής δύναμης και βασικό στοιχείο του Τυπικού Μοντέλου στοιχειωδών σωματιδίων και δυνάμεων, το οποίο προβλέπει επίσης το μποζόνιο Higgs. Η ακριβής μάζα του είναι ζωτικής σημασίας για τους υπολογισμούς για την εκτίμηση της πιθανής μάζας του μποζονίου Higgs μελετώντας τις λεπτές κβαντικές επιδράσεις του στο μποζόνιο W και το κορυφαίο κουάρκ, ένα στοιχειώδες σωματίδιο που ανακαλύφθηκε στο Fermilab το 1995.
Οι επιστήμονες που εργάζονται στο πείραμα DZero έχουν μετρήσει τώρα τη μάζα του μποζονίου W με ακρίβεια 0,05 τοις εκατό. Η ακριβής μάζα του σωματιδίου που μετράται από το DZero είναι 80,401 +/- 0,044 GeV / c ^ 2. Η συνεργασία παρουσίασε το αποτέλεσμά της στο ετήσιο συνέδριο για τις αλληλεπιδράσεις Electroweak και τις ενοποιημένες θεωρίες γνωστές ως Rencontres de Moriond την Κυριακή.
«Αυτή η όμορφη μέτρηση απεικονίζει τη δύναμη του Tevatron ως όργανο ακριβείας και σημαίνει ότι η δοκιμή πίεσης που έχουμε παραγγείλει για το πρότυπο μοντέλο γίνεται πιο αγχωτική και πιο αποκαλυπτική», δήλωσε ο θεωρητικός του Fermilab Chris Quigg.
Η ομάδα DZero καθόρισε τη μάζα W μετρώντας τη διάσπαση των μποζονίων W σε ηλεκτρόνια και νετρίνα ηλεκτρονίων. Η εκτέλεση της μέτρησης απαιτούσε βαθμονόμηση του ανιχνευτή σωματιδίων DZero με ακρίβεια περίπου τριών εκατοστών του ενός τοις εκατό, μια επίπονη εργασία που απαιτούσε πολλά χρόνια προσπάθειας από μια ομάδα επιστημόνων, συμπεριλαμβανομένων μαθητών.
Από την ανακάλυψή του στο Ευρωπαϊκό εργαστήριο CERN το 1983, πολλά πειράματα στο Fermilab και το CERN έχουν μετρήσει τη μάζα του μποζονίου W με σταθερά αυξανόμενη ακρίβεια. Τώρα το DZero πέτυχε την καλύτερη ακρίβεια με την επίπονη ανάλυση ενός μεγάλου δείγματος δεδομένων που παραδόθηκε από τον συγκολλητή σωματιδίων Tevatron στο Fermilab. Η συνέπεια του αποτελέσματος DZero με τα προηγούμενα αποτελέσματα αναφέρεται στην εγκυρότητα των διαφορετικών τεχνικών βαθμονόμησης και ανάλυσης που χρησιμοποιούνται.
«Αυτή είναι μια από τις πιο απαιτητικές μετρήσεις ακριβείας στο Tevatron», δήλωσε ο συν-εκπρόσωπος της DZero Dmitri Denisov, του Fermilab. «Χρειάστηκαν πολλά χρόνια προσπάθειας από τη συνεργασία μας για την κατασκευή ανιχνευτή 5.500 τόνων, τη συλλογή και την ανακατασκευή των δεδομένων και στη συνέχεια να πραγματοποιήσουμε την πολύπλοκη ανάλυση για να βελτιώσουμε τις γνώσεις μας σχετικά με αυτήν τη θεμελιώδη παράμετρο του Πρότυπου Μοντέλου».
Πηγή: Fermilab
