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北京時(shí)間4月8日凌晨,美國(guó)費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室CDF國(guó)際合作組通過(guò)全球多家媒體同步發(fā)布了W玻色子質(zhì)量測(cè)量的迄今最精確結(jié)果,比粒子物理標(biāo)準(zhǔn)模型的預(yù)期值偏高七個(gè)標(biāo)準(zhǔn)偏差。該研究成果以封面文章發(fā)表在4月8日《科學(xué)Science》雜志正刊上。

粒子物理標(biāo)準(zhǔn)模型是描述強(qiáng)力、弱力及電磁力這三種基本相互作用力及組成所有物質(zhì)的基本粒子的理論。W玻色子的質(zhì)量是標(biāo)準(zhǔn)模型的一個(gè)重要參數(shù),對(duì)其數(shù)值的精確測(cè)量一直是檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)模型和探測(cè)新物理的重要手段之一。由于W玻色子的衰變模式在實(shí)驗(yàn)上的困難,其測(cè)量精度誤差一直在幾十個(gè)MeV/c2量級(jí),最好的單個(gè)實(shí)驗(yàn)的精度也在二十個(gè)MeV/c2左右。這與W玻色子的姐妹粒子—Z玻色子的質(zhì)量精度2 MeV/c2形成了極大的反差。實(shí)驗(yàn)粒子物理工作者為此進(jìn)行了長(zhǎng)時(shí)間的不懈努力。

CDF合作組利用其Run II期間收集的所有數(shù)據(jù),對(duì)W玻色子的質(zhì)量進(jìn)行了目前世界上最為精確的測(cè)量,誤差包括統(tǒng)計(jì)誤差和系統(tǒng)誤差在世界上首次降低至個(gè)位數(shù)—9 MeV/c2。這一結(jié)果的精度達(dá)到了0.01,超越了之前任何一個(gè)實(shí)驗(yàn)的精度,也超越了之前所有試驗(yàn)結(jié)果的加權(quán)綜合精度,對(duì)標(biāo)準(zhǔn)模型的檢驗(yàn)達(dá)到了一個(gè)新的里程碑。在這樣的精度下,CDF合作組測(cè)量的W玻色子質(zhì)量比標(biāo)準(zhǔn)模型的計(jì)算值高了七個(gè)標(biāo)準(zhǔn)偏差包括實(shí)驗(yàn)和理論誤差,挑戰(zhàn)目前的標(biāo)準(zhǔn)模型。

W玻色子的質(zhì)量是質(zhì)子質(zhì)量的80倍左右,大約8萬(wàn)MeV/c2。粒子物理標(biāo)準(zhǔn)模型預(yù)期W玻色子質(zhì)量應(yīng)為80357+/-6 MeV/c2。CDF合作組的最新測(cè)量結(jié)果顯示其W質(zhì)量測(cè)量值為80433+/-9 MeV/c2,與以往多個(gè)實(shí)驗(yàn)單次測(cè)量的結(jié)果一致,也與一些實(shí)驗(yàn)的結(jié)果不一致,還需其他實(shí)驗(yàn)的檢驗(yàn)。如果得到最終確認(rèn),將預(yù)示著標(biāo)準(zhǔn)模型計(jì)算需要被修改或擴(kuò)展。

CDF合作組成員、南京師范大學(xué)教授、清華大學(xué)訪問(wèn)教授易凱對(duì)此評(píng)論道:“CDF經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期努力才取得迄今為止最為精確的測(cè)量,這一結(jié)果如果得到別的實(shí)驗(yàn)的證實(shí),對(duì)目前的標(biāo)準(zhǔn)模型是一個(gè)沖擊。中國(guó)LHC各個(gè)合作組同世界上其他的研究團(tuán)隊(duì)一起在LHC數(shù)據(jù)中有望間接和直接找到完善標(biāo)準(zhǔn)模型的證據(jù)。

為了促進(jìn)中國(guó)高能物理同行與國(guó)際同行的學(xué)術(shù)交流,清華大學(xué)高能物理研究中心、清華大學(xué)物理系和南京師范大學(xué)物理與科學(xué)技術(shù)學(xué)院將于4月14日聯(lián)合主辦“W質(zhì)量研討會(huì)”,CDF合作組該物理分析負(fù)責(zé)人美國(guó)杜克大學(xué)教授Ashutosh V. Kotwal以及相關(guān)物理學(xué)家將參加研討會(huì),對(duì)此結(jié)果展開(kāi)充分的討論。