Сверхточное измерение массы W-бозона подтвердило Стандартную модель

Новые измерения массы одной из фундаментальных частиц — W-бозона — вернули физиков в зону комфорта. После того как в 2022 году появились противоречивые данные, теперь международная команда ученых представила сверхточный результат, который полностью согласуется с предсказаниями Стандартной модели.

W-бозон играет ключевую роль в слабом взаимодействии — одном из четырех фундаментальных сил природы. Именно благодаря этому взаимодействию частицы могут менять свой тип, например, протоны превращаться в нейтроны, что лежит в основе радиоактивного распада и термоядерного синтеза в недрах звезд.

Открытый в 1983 году, W-бозон считается четвертой по массе элементарной частицей. На протяжении десятилетий ученые проводили эксперименты для определения его массы, и большинство результатов укладывались в рамки Стандартной модели. Исключением стали данные, полученные в 2022 году в лаборатории Ферми, которые указывали на существенное отклонение.

В новом исследовании физики проанализировали более миллиарда столкновений протонов на Большом адронном коллайдере (БАК) в Швейцарии. Сталкиваясь на околосветовых скоростях, протоны рождают множество частиц, включая нестабильный W-бозон.

Зафиксировать сам W-бозон невозможно — он распадается за ничтожные доли секунды на две частицы. Одна из них, нейтрино, почти не взаимодействует с материей, поэтому ученые сосредоточились на другой — мюоне. По поведению мюона они смоделировали вклад в общую массу родительской частицы.

Итоговый результат: масса W-бозона равна 80360,2 ± 9,9 мегаэлектронвольт (МэВ). Эта величина с высокой точностью совпадает с предсказаниями Стандартной модели, которая служит современным фундаментом для описания микромира.

«Честно говоря, это огромное облегчение, — комментирует ведущий автор исследования Кеннет Лонг. — Это новое измерение — убедительное подтверждение того, что мы можем доверять Стандартной модели».

Таким образом, спор о массе W-бозона, возникший два года назад, теперь закрыт. Физики вновь обрели уверенность в базовых принципах устройства материи и взаимодействий во Вселенной.