改进的ATLAS结果对W玻色子的影响

W玻色子是一种携带带电弱力的基本粒子，是欧洲核子研究中心ATLAS实验对其质量进行新的精确测量的主题。

今天在Rencontres de Moriond会议上提交的一份新会议报告中报告的初步结果是基于对欧洲核子研究中心旗舰粒子加速器大型强子对撞机(LHC)质子 - 质子碰撞中产生的14万个W玻色子候选样本的重新分析。

新的ATLAS测量结果与之前的所有W质量测量结果一致，并且比之前的所有W质量测量结果都更精确，除了一个 - 来自Tevatron的CDF实验的最新测量，Tevatron是费米实验室的前加速器。

与其电中性对应物Z玻色子一起，带电的W玻色子介导弱力，弱力是一种负责放射性形式并引发为太阳提供动力的核聚变反应的基本力。

40年前在欧洲核子研究中心发现的这种粒子有助于证实电弱相互作用理论，该理论将电磁力和弱力统一起来。这个理论现在是粒子物理学标准模型的基石。促成这一发现的欧洲核子研究中心研究人员被授予1984年诺贝尔物理学奖。

从那时起，在欧洲核子研究中心和其他地方的粒子对撞机上进行的实验越来越精确地测量了W玻色子质量。在标准模型中，W玻色子质量与电弱相互作用的强度和最重基本粒子的质量密切相关，包括Z玻色子，顶夸克和希格斯玻色子。在这个理论中，粒子被限制在80354百万电子伏特(MeV)的重量，在7 MeV的不确定性内。

测量质量与标准模型预测的任何偏差都将是新物理现象的指标，例如新粒子或相互作用。为了对这种偏差敏感，质量测量需要非常精确。

2017年，ATLAS发布了对W玻色子质量的首次测量，这是使用ATLAS在2011年记录的W玻色子样本确定的，当时LHC以7 TeV的碰撞能量运行。W玻色子质量为80370 MeV，不确定度为19 MeV。

当时，这一结果代表了单次实验获得的最精确的W玻色子质量值，并且与标准模型预测和之前的所有实验结果非常一致，包括大型电子 - 正电子对撞机(LEP)的实验结果，LHC在欧洲核子研究中心的前身。

去年，费米实验室的CDF合作宣布了一项更精确的测量，基于对Tevatron收集的完整数据集的分析。结果为80434 MeV，不确定性为9 MeV，与标准模型预测和其他实验结果明显不同，需要进行更多测量以尝试确定差异的原因。

在其新研究中，ATLAS重新分析了其2011年的W玻色子样本，提高了先前测量的精度。新的W玻色子质量为80360 MeV，不确定度为16 MeV，比之前的ATLAS结果低10 MeV，精度提高了16%。结果与标准模型一致。

为了获得这一结果，ATLAS使用了一种先进的数据拟合技术来确定质量，以及质子部分分布函数的最新改进版本。这些函数描述了质子在其组成夸克和胶子之间的动量共享。此外，ATLAS使用专用的LHC质子-质子运行验证了W玻色子生产过程的理论描述。

“由于粒子衰变中未检测到中微子，W质量测量是在强子对撞机上进行的最具挑战性的精度测量之一。它需要对测量的粒子能量和动量进行极其精确的校准，以及对建模不确定性的仔细评估和出色控制，“ATLAS发言人Andreas Hoecker说。“ATLAS的这一更新结果提供了严格的测试，并证实了我们对电弱相互作用的理论理解的一致性。

预计ATLAS和CMS以及LHCb对W玻色子质量的进一步测量，LHCb最近也对玻色子进行了称重。