Ein Forscherteam am Large Hadron Collider des CERN hat die Masse des W-Bosons gemessen und festgestellt, dass sie mit der übereinstimmt Standardmodell der Teilchenphysikdas Übergeordnete Theorie, die die vier Grundkräfte und deren Eigenschaften beschreibt der kleinsten Materieeinheiten.

Der Team-Finding-Zähler a genaue Messung letztes Jahr durch eine Zusammenarbeit von Hunderten von Wissenschaftlern bei die CDF Collaboration, die freudig überrascht waren, als sie feststellten, dass das W-Boson, ein Elementarteilchen, das für die schwache Kernkraftwar viel massiver als bisher angenommen – ein Befund, der die Erwartungen des Standardmodells übertraf.

Die ~73 Megaelektronenvolt Diskrepanz zwischen den beiden Messungen ist der Unterschied zwischen der wahren Masse des Bosons, die nahezu mit dem Standardmodell übereinstimmt und deutlich davon abweicht.

Das CERN-Team angekündigt ihr Ergebnis während die Konferenz Rencontres de Moriond im letzten Monat. Ihre Figur stammt aus A Reanalyse von rund 14 Millionen W-Boson-Kandidaten, die bei Kollisionen zwischen Protonen im Large Hadron Collider im Rahmen des ATLAS-Experiments im Jahr 2011 entstanden sind.

Sie fanden laut a CERN-Veröffentlichung.

„Dieses aktualisierte Ergebnis von ATLAS bietet einen strengen Test und bestätigt die Konsistenz unseres theoretischen Verständnisses von elektroschwachen Wechselwirkungen“, sagte Andreas Hoecker, ein Sprecher des ATLAS-Experiments, in der freigeben.

Aber die Dinge sind nicht so einfach. Im vergangenen Jahr hat die CDF Collaboration maßen die Masse des Bosons mit 80.433 ± 9 MeV, basierend auf Kollisionen, die ebenfalls 2011 am Tevatron-Beschleuniger des Fermilab in Illinois stattfanden. (Tevatron wurde kurz nach dem Versuchslauf 2011 abgeschaltet.)

Der Unterschied zwischen den beiden am CERN und am Fermilab durchgeführten Messungen scheint gering, aber es istist auf subatomarer Ebene massiv und hat erhebliche Auswirkungen auf das Standardmodell. Zum Vergleich: Die von der CDF-Kollaboration geschätzte Bosonenmasse beträgt etwa das 80-fache der Masse eines Protons.

„Da das Dokument des ATLAS-Experiments eine ‚Reanalyse‘ derselben Daten beschreibt, die ATLAS bereits 2017 veröffentlicht hat, ist die Tatsache, dass ATLAS einen ähnlichen Wert wie zuvor erhält, zu erwarten“, sagte Ashutosh Kotwal, Physiker an der Duke University und Mitglied der CDF Collaboration, in einer E-Mail an Gizmodo. „Die Reanalyse verwendet im Wesentlichen die gleiche Technik wie die vorherige Veröffentlichung. Interessant ist, dass eine Pressemitteilung herausgegeben wurde, um für eine optimierte Analyse alter Daten zu werben.“

„Die CDF-Messung ist nach wie vor die weltweit genaueste Messung der Masse des W-Bosons“, fügte Kotwal hinzu.

TDiese separaten Experimente, die zusammen beinhalten Tausende von Wissenschaftlern, kam auf ganz andere Zahlen für die Masse dieses Elementarteilchens. Keines der Teams hat an seinen Ansätzen etwas Falsches festgestellt.

„Wir haben das letzte Jahr damit verbracht, die Ergebnisse auf der ganzen Welt zu zeigen, und es wurden keine wesentlichen Bedenken hinsichtlich der Methoden oder der Gegenprüfungen festgestellt“, sagte David Toback, Physiker an der Texas A&M University und Sprecher der CDF Collaboration , in einer E-Mail an Gizmodo. „Eine Kombination der Kollaborationen aus der ganzen Welt wurde einberufen, um zu sehen, ob sie die Unterschiede verstehen könnten, und sie haben auch keine Erklärung für die Unterschiede gefunden.“

Was ist denn los? Das Standardmodell war der Leitrahmen für unser Verständnis der Teilchenphysik seit Anfang der 1970er Jahre. Es ist nicht perfekt, eine Tatsache, der sich Physiker bewusst sind: TDas Modell berücksichtigt nicht die dunkle Materie, der Sammelbegriff für das Rätselhafte etwas wir können nicht direkt beobachten, dunkle energie, die ausmacht 68% des Universums Und ist anscheinend für die beschleunigte Expansion des Universums oder die Schwerkraft verantwortlich, eine erdende Kraft in unserem aller Leben, die aber auf subatomarer Ebene nicht zu existieren scheint.

Genaue Messungen für fundamentale Teilchen wie das W-Boson zu erhalten, hilft Physikern, die Grenzen des Standardmodells zu verstehen; Sobald diese Grenzen identifiziert sind, Wissenschaftler sind besser aufgestellt entdecken neue Dinge.

Mit anderen Worten, bekannte Unbekannte sind in der subatomaren Welt weit verbreitet, und manchmal ist es wirklich verrückt, Ergebnisse zu erzielen gute Sache. Herauszufinden, was eine echte Entdeckung und was ein Zufall an Daten ist ist die Herausforderung.

sagte Tobach dass einige Leute versucht sein könnten schlussfolgern, dass die Messung mit den kleinsten Fehlerbalken oder derjenigen, die sich am wenigsten von der Schätzung des Standardmodells unterscheidet – also der ATLAS-Zahl– ist die richtige.

„Einfach interessiert mich nicht. CDF interessiert sich nicht für einfache. Die Wissenschaft bietet keine „Wahrheit“; es bietet unser bestes Verständnis des Augenblicks“, sagte Toback. „Wir freuen uns auf die ATLAS-Veröffentlichung ihres Konferenzberichts mit all den blutigen Details, damit wir sie auf der gleichen Ebene verstehen wie unsere eigenen.“

Neben der Arbeit von CDF und der jüngsten ATLAS-Analyse werden weitere Messungen des W-Bosons von ATLAS, dem Compact Muon Solenoid und LHCb erwartet Experimente entlang der Großen Hadron Collider.

Es ist möglich, dass der Large Hadron Collider es ist einfach zu wenig Energie zu produzieren Teilchen, die helfen könnten zu klären, was das Standardmodell übersieht. Wenn das der Fall ist, müssen wir warten ein verbesserter LHC oder ein viel massiver Collider um neue Reaktionen zwischen Teilchen zu induzieren.

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