17 Eylül’de CERN’de düzenlenen bir çalıştayda CMS işbirliği, bu temel parçacığın kütlesinin ilk ölçümünü yapmak için Büyük Hadron Çarpıştırıcısının ikinci çalıştırmasından elde edilen proton çarpışma verilerini analiz ettiğini bildirdi.
Sonuç, W bozonunun (Z bozonu ile birlikte zayıf kuvvete aracılık eden temel parçacık) kütlesinin bugüne kadar LHC’de yapılan en hassas ölçümüdür ve parçacık fiziğinin Standart Modelinin tahminiyle eşleşir. Fermilab’daki eski Tevatron proton-antiproton çarpıştırıcısındaki CDF deneyi sırasında elde edilenler dışındaki tüm önceki ölçümler.
Standart Modelde W bozonunun kütlesi, elektromanyetik ve zayıf kuvvetleri birleştiren kuvvetin yanı sıra değerini 80,353 milyon elektronvolt (MeV) ile sınırlayan Higgs bozonu ve üst kuarkın kütleleriyle de yakından ilişkilidir. 6 MeV belirsizlik. W bozonunun kütlesinin yüksek hassasiyetle ölçülmesi, tüm bu özelliklerin Standart Model ile tutarlı bir şekilde eşleşip eşleşmediğini test etmemizi sağlar. Değilse, yeni parçacıklar veya etkileşimler gibi yeni fiziksel olaylar bunun nedeni olabilir.
Yaklaşık 40 yıl önce CERN’de keşfedilmesinden bu yana W bozonunun kütlesi, CERN ve diğer laboratuvarlarda yapılan çeşitli çarpıştırıcı deneyleriyle daha da hassas bir şekilde ölçüldü. 2022’de CDF deneyi tarafından ölçülen kütlesinin şaşırtıcı derecede yüksek değeri, parçacığı bir “kriz”e sürükledi. W bozonunun CDF kütlesi (80.433,5 MeV ve 9,4 MeV’ye kadar belirsizlik), Standart Model tahmininden ve diğer deneysel sonuçlardan önemli ölçüde farklıydı ve ek araştırma gerektiriyordu.
2017 yılında W bozon kütlesinin ilk ölçümünü gerçekleştiren ATLAS işbirliği, 2023 yılında, ilk LHC çalışmasından elde edilen proton-proton çarpışma verilerinin yeniden analizine dayanan geliştirilmiş bir ölçüm yayınladı. 15,9 MeV belirsizlikle 80.366,5 MeV olan bu iyileştirilmiş sonuç, %0,01 doğrulukla bugüne kadarki en doğru ölçüm olan CDF ölçümü dışında önceki tüm ölçümlerle uyumluydu.
CMS deneyi W bozonunun kütlesine katkıda bulundu. 9,9 MeV belirsizlikle uzun zamandır beklenen 80360.2 sonucu, CDF ölçümüyle karşılaştırılabilir bir doğruluğa sahiptir ve CDF sonucu dışında önceki tüm ölçümlerle tutarlıdır.
“CMS sonucu için bekleyiş artık sona erdi. 2016 yılında toplanan veriler dikkatlice analiz edilip tüm çapraz kontrollerden geçtikten sonra CMS sonucu hazır. Bu analiz, LHC’nin ikinci çalışma dönemindeki sert çarpışma koşulları altında W’nin kütlesini ölçmeye yönelik ilk girişimdir. Ve tüm ekibin sıkı çalışması, W bozonunun kütlesinin son derece hassas bir ölçümüyle ve LH’de şimdiye kadarki en hassas ölçümle sonuçlandı” dedi CMS sözcüsü Patricia McBride.
“W bozonunun kütlesini ölçmek çok zor bir iştir; W bozonunun üretimi ve onun tespit edilemeyen bir lepton (bu durumda bir müon) ve nötrinolara bozunması hakkında hassas ölçümler ve teorik modelleme gerektirir. CMS dedektörünün müonları yüksek hassasiyetle ölçme yeteneğinden yararlanarak ve bazıları çapraz doğrulanmış en yeni ve en gelişmiş teorik bileşenleri kullanarak, bu rekor seviyedeki doğruluğa ulaştık,” diye açıkladı yeni CMS sözcüsü Gautier Hamel de Moncheneau.