Когда в 2012 году физики обнаружили на Большом адронном коллайдере (БАК) бозон Хиггса, то таким образом была получена недостающая частица Стандартной модели физики элементарных частиц. Но остается еще много явлений, выходящих за рамки Стандартной модели, которые могли бы раскрыть тайны Вселенной. Например, эти явления могут объяснить природу темной материи, а также существующую асимметрию в количестве обычной материи и антиматерии. Один из ключей к раскрытию этих тайн — это ширина W-бозона, частицы, которая переносит слабое взаимодействие, одну из фундаментальных сил природы. С помощью детектора ATLAS на БАК физики впервые измерили ширину этой частицы, а также обновили значение ее массы. Результаты исследования были опубликованы на сервере препринтов arXiv, пишет Phys.
Ширина W-бозона имеет прямую связь с продолжительностью существования частицы и описывает, каким образом она распадается на другие частицы. Если произойдет распад так, как этого не ожидали, то есть в результате возникнут ранее неизвестные частицы, то это повлияет на значение ширины W-бозона.
Стандартная модель физики элементарных частиц точно предсказывает ширину W-бозона на основе слабого взаимодействия и массы частицы. Поэтому любое отклонение от предсказанных значений будет признаком того, что существуют неизвестные явления.
Ранее ширину W-бозона уже измеряли на других ускорителях частиц, но впервые физики получили ее значение с помощью детектора ATLAS на БАК. Стандартная модель предсказывает, что ширина W-бозона должна составлять 2088 ± 1 мегаэлектронвольт. Прошлые измерения показали среднее значение 2085 ± 42 мегаэлектронвольт, что все еще соответствует Стандартной модели в пределах погрешностей.
С помощью столкновений протонов при энергии 7 тераэлектронвольт на БАК физики, по их словам, получили самое точное значение ширины W-бозона. Оно составляет 2202 ± 47 мегаэлектронвольт. Хотя это значение больше, чем предсказывает Стандартная модель, все же оно согласуется с ее предсказаниями в рамках стандартных отклонений.
Чтобы получить такое значение физикам пришлось тщательно проанализировать распад W-бозона на электрон или мюон, и нейтрино, которое остается невидимой частицей, но оставляет свой след во время столкновения частиц.
Также ученые в ходе исследования измерили не только ширину W-бозона, но и обновили значение массы этой частицы. Как показали результаты масса W-бозона составляет 80367 ± 16 мегаэлектронвольт. Это значение оказалось более точным, чем физики получили раньше.
По словам авторов исследования, значения и ширины W-бозона и его массы согласуются с предсказаниями Стандартной модели физики элементарных частиц. Физики считают, что будущие измерения позволят получить еще более точные значения и уменьшат уровень погрешностей. Это в свою очередь поможет лучше проверить Стандартную модель и изучать новые частицы и неизвестные явления.