挑战标准模型？最新W玻色子质量测量值高出理论7个标准差( 二 ) 北京时间4月8日凌晨

物理学家很早便知道W玻色子的近似质量，大约是质子质量的80倍左右——8万MeV/c^2 。粒子物理标准模型预计W玻色子质量应为80357+/-6MeV/c^2 。 CDF合作组的最新结果显示其质量测量值为80433+/-9MeV/c2 ，新的测量值比之前所有测量值都更精确，比标准模型的预测高出近77MeV/c^2 。尽管这些数字的差异只有千分之一左右，但每个数字的不确定性都非常小，以至于即使是这种微小的差异也具有巨大的统计意义——这不太可能是纯粹偶然产生的。

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图2.图中展示了不同的实验组对W玻色子质量的测量结果和精度。灰色竖条代表粒子物理标准模型理论值及其误差范围（竖条宽度），红球和红线代表了各个实验组的测量平均值及误差范围。可以明显看出，之前相关测量结果的误差范围都比CDFII的大。丨图源：参考资料1
但是，粒子物理学界的兴奋情绪被一种审慎态度所中和。尽管费米实验室CDFII的结果是迄今为止对W玻色子质量最为精确的测量，但它与先前另外两个独立的、接近符合粒子物理标准模型的实验的测量结果不一致（参见和比较图2中最下面的三个实验结果：D0II,ATLAS,CDFII）。
“这不是我们期待的差异， ”欧洲核子研究中心的实验物理学家马泰因·穆尔德斯（MartijnMulders）说，他没有参与费米实验室的这项新研究，但在《科学》杂志上共同撰写了一篇相关评论。 “这非常出乎意料……因为突然间他们锯掉了支撑整个粒子物理学框架的一根支柱。 ”
“这会惹恼一些人” ，剑桥大学的理论物理学家本·阿拉纳赫（BenAllanach）教授说。
“我们需要知道到底发生了什么。我们还有另外两个实验与标准模型一致并且与这个实验的结果很不一致，这让我感到疑惑。 ”
挖掘数据
要测量W玻色子的质量，必须要有一个粒子对撞机。 Tevatron运行于1983年到2011年，是一个长达6.3公里的环形装置，质子以高达2TeV的能量撞击反质子，这一能量大约是W玻色子质量的25倍。处于环路上的CDF探测器从2002年开始运行直到Tevatron关闭，在这些碰撞中寻找W玻色子的迹象。
人们不能直接观测到W玻色子，它衰变成其它粒子的速度太快，任何探测器都无法直接捕捉到它。物理学家是通过研究其衰变产物——主要是电子和μ子——来推断它的存在和性质。仔细计算后， CDF合作团队发现实验数据中约有400万个事件可以归因于W玻色子衰变。通过测量这些事件中的电子和μ子的能量，物理学家们反推出W玻色子最初有多少能量，即其质量。
该研究的通讯作者、CDF的发言人阿舒托什·科特瓦尔（AshutoshKotwal）说，由于数据存在诸多不确定性，这项工作花了十年时间才完成。为了达到其前所未有的精度水平——是先前由ATLAS合作进行的W玻色子质量的最佳单次实验测量精度的两倍——CDF团队将他们的数据集增加了四倍。其中包括对质子和反质子碰撞进行建模，并对已经退役探测器的运行进行新的、更彻底的检查——甚至用以往宇宙射线数据展示到微米量级来排除对实验数据的影响。
【挑战标准模型？最新W玻色子质量测量值高出理论7个标准差】实验可信度