La massa del bosone più alto W si riferisce ai fori nello scudo del Modello Standard

Il Modello standard di fisica delle particelle Ha resistito a rigorosi test dopo test per molti decenni e Alla scoperta del bosone di Higgs Nel 2012 ha fornito l’ultimo pezzo di osservazione del puzzle. Ma ciò non ha impedito ai fisici di cercare costantemente nuova fisica al di là di quanto previsto dal modello. Sappiamo infatti che il modello deve essere incompleto perché non incorpora la gravità e non spiega l’esistenza della materia oscura nell’universo. Né può spiegare il tasso di espansione accelerato dell’universo, che molti fisici attribuiscono all’energia oscura.

L’ultimo suggerimento su come il Modello Standard potrebbe aver bisogno di una revisione viene da una nuova misurazione accurata del bosone W dalla collaborazione CDF II del Fermilab. Questa misurazione ha prodotto una massa statisticamente significativa per il bosone W rispetto al modello standard previsto, entro sette deviazioni standard, secondo nuova carta Pubblicato sulla rivista Science. È anche in conflitto con le precedenti misurazioni di precisione della massa del bosone W.

“Il valore sorprendentemente alto della massa del bosone W riportato dalla CDF Collaboration sfida direttamente un elemento fondamentale al centro del Modello Standard, in cui si pensava che sia le osservazioni sperimentali che le previsioni teoriche fossero ben stabilite e comprese”, ha scritto al Università della California, Santa Barbara.) e Martin Mulders (CERN) prospettiva di accompagnamento. “La scoperta… offre una nuova entusiasmante prospettiva sull’attuale comprensione delle strutture fondamentali della materia e delle forze nell’universo”.

Detto questo, i fisici sono già stati qui: sconcertati da accenni di nuova eccitante fisica solo per vedere le loro speranze deluse quando emergono ulteriori prove. Affermazioni straordinarie richiedono prove straordinarie, e questa è certamente un’affermazione straordinaria. “Se questo è vero, è importante perché il modello standard sarebbe sbagliato”, ha detto ad Ars Clifford Cheung, fisico del California Institute of Technology. “Ma l’apparente disaccordo nei processi richiede estrema cautela”.

Il Modello Standard descrive gli elementi costitutivi di base dell’universo e il modo in cui la materia si è evoluta. Questi blocchi possono essere divisi in due gruppi fondamentali: fermioni e bosoni. I fermioni costituiscono tutta la materia dell’universo, inclusi i leptoni e i quark. I leptoni sono particelle che non sono coinvolte nel tenere insieme il nucleo atomico, come elettroni e neutrini. Il loro compito è aiutare la materia a cambiare attraverso il decadimento nucleare in altre particelle ed elementi chimici, usando la debole forza nucleare. I quark costituiscono il nucleo atomico.

I bosoni sono i legami che tengono insieme altre particelle. I bosoni si spostano da una particella all’altra e questo porta all’emergere di forze. Ci sono quattro bosoni di misura legati alla forza. Il gluone è legato alla forza nucleare forte: “incolla” insieme i nuclei di un atomo. Il fotone trasporta la forza elettromagnetica che fa apparire la luce. I bosoni W e Z trasportano la forza nucleare debole e portano a diversi tipi di decadimento nucleare. Poi c’è il bosone di Higgs, che è una manifestazione del campo di Higgs. Il campo di Higgs è un’entità invisibile che pervade l’universo. Le interazioni tra il campo di Higgs e le particelle aiutano a fornire alle particelle massa, con particelle che interagiscono più fortemente e hanno masse maggiori.

Il bosone W è un elemento fondamentale del Modello Standard e il miglioramento delle misurazioni della sua massa aiuta i fisici a continuare a migliorare e testare il Modello Standard. Ma è una misurazione difficile. Nel ruolo dell’editore di Ars Science John Timmer Menzionato nel 2012:

[The W boson] Io ero prima scoperta negli anni ’80 all’acceleratore SPS del CERN, di cui ora fa parte LHC di alimentazione della catena dell’acceleratore. Da allora, diversi acceleratori hanno prodotto abbastanza W per fornire una stima della loro massa, ponendoli tutti sopra gli 80 GeV, nel range di errore di circa 100 MeV…

Dal momento che non possiamo rilevare direttamente i bosoni W con i dispositivi, i ricercatori hanno dovuto aggiungere la massa e l’energia che vengono rilasciate quando decadono. Ciò include l’energia trasportata da qualsiasi fotone, la massa e la quantità di moto della particella e le stime di qualsiasi energia trasportata dai neutrini in rapido movimento, che passano attraverso i rivelatori senza lasciare traccia. Gli errori rimanenti nella stima della massa derivano dalle incertezze in questi vari processi.

Il team CDF II ha analizzato 10 anni di dati registrati, per un importo di circa 4 milioni di eventi di filtro bosone W, e ha ottenuto una massa di 80,433 GeV, ±0,9,4. Ciò contrasta con le precedenti misurazioni della massa del bosone W, comprese quelle effettuate da CDF II nel 2012 (80.387 GeV, ± 0,02) e l’Atlante al CERN. nel 2018 (80,370 GeV, ±19).

“È un risultato sconcertante, in quanto non è solo molto in tensione con il modello standard, che di per sé non sarebbe così male come potrebbe suggerire. [new] La ricerca della fisica sarà probabilmente effettuata dal Large Hadron Collider, ma anche in uno stato di tensione con misurazioni precedenti, ha detto ad Ars il fisico del Caltech Michel Babuchi.