Il Collider Detector del Fermilab ha registrato collisioni di particelle ad alta energia prodotte dal collisore Tevatron dal 1985 al 2011. Circa 400 scienziati di 54 istituzioni in 23 paesi stanno ancora lavorando sulla ricchezza di dati raccolti dall'esperimento. Credito:Fermilab
Dopo 10 anni di attenta analisi e controllo, gli scienziati della collaborazione CDF presso il Fermi National Accelerator Laboratory del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti hanno annunciato oggi di aver ottenuto la misurazione più precisa fino ad oggi della massa del bosone W, uno dei portatori di forza della natura particelle. Utilizzando i dati raccolti dal Collider Detector del Fermilab, o CDF, gli scienziati hanno ora determinato la massa della particella con una precisione dello 0,01%, due volte più precisa della migliore misurazione precedente. Corrisponde a misurare il peso di un gorilla di 800 libbre a 1,5 once.
La nuova misura di precisione, pubblicata sulla rivista Scienza , consente agli scienziati di testare il modello standard della fisica delle particelle, il quadro teorico che descrive la natura al suo livello più fondamentale. Il risultato:il nuovo valore di massa mostra una tensione con il valore che gli scienziati ottengono utilizzando input sperimentali e teorici nel contesto del modello standard.
"Il numero di miglioramenti e controlli aggiuntivi che sono stati apportati al nostro risultato è enorme", ha affermato Ashutosh V. Kotwal della Duke University, che ha condotto questa analisi ed è uno dei 400 scienziati della collaborazione CDF. "Abbiamo preso in considerazione la nostra migliore comprensione del nostro rivelatore di particelle, nonché i progressi nella comprensione teorica e sperimentale delle interazioni del bosone W con altre particelle. Quando alla fine abbiamo svelato il risultato, abbiamo scoperto che differiva dalla previsione del modello standard".
Se confermata, questa misurazione suggerisce la potenziale necessità di miglioramenti al calcolo del modello standard o estensioni del modello.
Il nuovo valore è in accordo con molte precedenti misurazioni della massa del bosone W, ma ci sono anche alcuni disaccordi. Saranno necessarie misurazioni future per fare più luce sul risultato.
Il bosone W è la particella messaggera della forza nucleare debole. È responsabile dei processi nucleari che fanno brillare il sole e le particelle si decompongono. Gli scienziati della CDF stanno studiando le proprietà del bosone W utilizzando i dati raccolti al Tevatron Collider del Fermilab. Credito:Fermilab
"Sebbene si tratti di un risultato intrigante, la misurazione deve essere confermata da un altro esperimento prima di poter essere interpretata completamente", ha affermato Joe Lykken, vicedirettore del Fermilab.
Il bosone W è una particella messaggera della forza nucleare debole. È responsabile dei processi nucleari che fanno brillare il sole e le particelle si decompongono. Utilizzando collisioni di particelle ad alta energia prodotte dal collisore Tevatron al Fermilab, la collaborazione CDF ha raccolto enormi quantità di dati contenenti bosoni W dal 1985 al 2011.
Il fisico della CDF Chris Hays dell'Università di Oxford ha dichiarato:"La misurazione della CDF è stata eseguita nel corso di molti anni, con il valore misurato nascosto agli analizzatori fino a quando le procedure non sono state completamente esaminate. Quando abbiamo scoperto il valore, è stata una sorpresa. "
La massa di un bosone W è circa 80 volte la massa di un protone, ovvero circa 80.000 MeV/c 2 . I ricercatori CDF hanno lavorato per ottenere misurazioni sempre più precise della massa del bosone W per oltre 20 anni. Il valore centrale e l'incertezza della loro ultima misurazione della massa è 80.433 +/- 9 MeV/c 2 . Questo risultato utilizza l'intero set di dati raccolto dal collisore Tevatron al Fermilab. Si basa sull'osservazione di 4,2 milioni di candidati bosoni W, circa quattro volte il numero utilizzato nell'analisi della collaborazione pubblicata nel 2012.
"Molti esperimenti sui collider hanno prodotto misurazioni della massa del bosone W negli ultimi 40 anni", ha affermato il co-portavoce del CDF Giorgio Chiarelli, Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN-Pisa). "Si tratta di misurazioni impegnative e complicate e hanno raggiunto una precisione sempre maggiore. Ci sono voluti molti anni per esaminare tutti i dettagli e i controlli necessari. È la nostra misurazione più robusta fino ad oggi e la discrepanza tra i valori misurati e quelli previsti persiste."
La massa di un bosone W è circa 80 volte la massa di un protone, ovvero circa 80.000 MeV/c2. Gli scienziati del Collider Detector della collaborazione del Fermilab hanno ottenuto la misurazione più precisa al mondo. Il valore CDF ha una precisione dello 0,01 percento ed è in accordo con molte misurazioni della massa del bosone W. Mostra la tensione con il valore atteso in base al Modello Standard della fisica delle particelle. Le barre orizzontali indicano l'incertezza delle misurazioni ottenute dai vari esperimenti. Credito:collaborazione CDF
La collaborazione ha anche confrontato il loro risultato con il miglior valore atteso per la massa del bosone W utilizzando il modello standard, che è 80.357 ± 6 MeV/c 2 . Questo valore si basa su complessi calcoli di modelli standard che collegano in modo complesso la massa del bosone W alle misurazioni delle masse di altre due particelle:il quark top, scoperto al collisore Tevatron al Fermilab nel 1995, e il bosone di Higgs, scoperto a il Large Hadron Collider al CERN nel 2012.
Il co-portavoce di CDF David Toback, Texas A&M, ha affermato che il risultato è un contributo importante per testare l'accuratezza del modello standard. "Spetta ora alla comunità di fisica teorica e ad altri esperimenti dare seguito a questo e far luce su questo mistero", ha aggiunto. "Se la differenza tra il valore sperimentale e quello atteso è dovuta a una sorta di nuova particella o interazione subatomica, che è una delle possibilità, ci sono buone probabilità che sia qualcosa che potrebbe essere scoperto in esperimenti futuri". + Esplora ulteriormente
