W玻色子质量实现最精确测量，或将“打破”标准模型？近日

近日，美国费米国家加速器实验室对撞机探测器(CDF)国际合作组的389位科学家共同完成了对W玻色子质量的最精确测量，测量结果比粒子物理标准模型的预期值偏高7个标准偏差，或指向新物理学领域。

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图片来自《科学》(Science)
前述研究成果发表在《科学》(Science)封面。如果这一结果得到最终确认，将预示着物理学的最基本理论之一“粒子物理标准模型”理论需要被修改或扩展。
“粒子物理学研究的是我们的世界由哪些最基本的物质构成，并且如何构成的。 ”南京师范大学教授兼清华大学访问教授易凯向澎湃新闻(www.thepaper.cn)采访人员说道。
易凯现为CDF、CMS（欧洲核子研究中心大型强子对撞机上的紧凑缪子螺线管实验）、日本BelleII国际合作组成员，也是清华-南师CMS组负责人，长期从事粒子物理、强子物理及寻找超出标准模型的物理现象等。

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粒子物理标准模型，图片来自QuantaMagazine
【W玻色子质量实现最精确测量，或将“打破”标准模型？】“这张‘圆盘’就是标准模型，上面每一个字母都表示一种粒子，并且这些粒子都是基本粒子，即内部没有结构、无法分割的粒子。 ”易凯表示“圆盘”最外圈上方为六种夸克，下方为六种轻子，轻子包括人们所熟知的电子、μ介子、τ介子和它们相对应的中微子。 “夸克和轻子构成了我们的物质世界，例如，常见的质子和中子由两种不同类型的三个夸克构成。其中，中微子与其他物质之间的相互作用非常小，可以穿透物质。 ”
中间一圈的四种基本粒子分别为光子、胶子、W玻色子、Z玻色子。 “它们是传递相互作用的粒子。其中，光子是传递电磁相互作用的粒子，它是没有质量的。胶子负责传递强相互作用。而传递弱相互作用的粒子就是W玻色子和Z玻色子，这两种粒子是很重的。 ”易凯说道。
“圆盘最中心的是希格斯玻色子，也被称做“上帝粒子” ， 2012年在CMS和ATLAS（即欧洲核子研究中心大型强子对撞机上的实验）两个实验中同时发现的。希格斯玻色子赋予了其他基本粒子的质量。而这些粒子之间是如何相互作用的，就解释了世界的构成，并形成了一个系统，这个系统就是‘标准模型’ 。 ”易凯表示W玻色子的质量可以从这一系统中推算出来。
多年来，科学家一直在通过各种方式检测标准模型是否正确，尝试找到新的突破。 W玻色子的质量作为标准模型的一个重要参数，对其数值的精确测量一直是检验标准模型和探测超出标准模型的现象的重要手段之一。
由于W玻色子的衰变模式在实验上重建的困难，其测量精度（误差）一直在几十个MeV（兆电子伏特）量级，此前最佳的单个实验精度也在二十个MeV左右。这与W玻色子的“姐妹”粒子——Z玻色子的质量精度2MeV形成了极大的反差。实验粒子物理工作者为此进行了长时间的不懈努力。 MeV是粒子物理上使用的一种质量单位，以质子为例，质子大约为938MeV 。
但此前对W玻色子质量的多项测量基本都符合标准模型理论。 “这有可能是因为之前的测量精度不够，这一次CDF合作组对W玻色子质量的测量精度很高，达到了0.01% 。 ”易凯说道。

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费米国家加速器实验室的对撞机探测器(CDF) ，图片来自费米国家加速器实验室