对W玻色子质量的最新分析表明|w玻色子是什么？( 二 ) 对W玻色子质量的最新分析表明

几十年来，费米实验室和其他研究机构的实验物理学家们一直在利用W玻色子周围的连接网络，试图探测到与其相关的其他粒子。一旦研究人员精确测量了对W玻色子质量影响最大的项——如电磁力的强度和Z玻色子的质量——他们就可以开始检测对其质量影响较小的其他因素。
通过这种方法，物理学家在20世纪90年代预测了一种叫做顶夸克的粒子的质量。顶夸克通过强力与其他基本粒子相互作用，通过弱力衰变为W玻色子和底夸克。 1995年，物理学家探测并确定了顶夸克的质量。 2000年，物理学家们又重复了这一壮举：在发现希格斯玻色子之前预测了它的质量。
然而，尽管理论物理学家们有各种理由期待顶夸克和希格斯玻色子的存在，并通过标准模型方程将其与W玻色子联系起来，但今天的理论并没有明显缺失的部分。 W玻色子质量的任何差异都指向未知。
测量W玻色子的质量

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费米实验室的Tevatron粒子对撞机曾经是世界上最强大的加速器
CDF项目对W玻色子质量的最新测量是以Tevatron在2002年到2011年间产生的大约400万个W玻色子的分析为基础来完成的。
当Tevatron用质子来撞击反质子时， W玻色子经常会在随后的混乱中出现。然后W玻色子会衰变为一个中微子和一个μ介子或电子，后两者都可以直接探测到。 μ子或电子越快，产生它的W玻色子就越重。
美国杜克大学的物理学家阿舒托什?科特瓦尔是CDF最近这些合作分析的幕后推手，他的职业生涯都致力于完善这一框架。
W玻色子实验的核心是一个装有3万根高压导线的圆柱形腔室，当μ介子或电子穿过其中时，这些高压导线就会发生反应，从而使CDF的研究人员推断出粒子的路径和速度。了解每根导线的确切位置是获得粒子精确轨迹的关键。
在进行新的分析时，科特瓦尔和他的同事利用了从天空中以宇宙射线形式落下的μ介子。这些粒子像子弹一样，以近乎完美的直线穿过探测器，让研究人员能够探测到任何不稳定的导线，并将导线的位置固定在1微米以内。
研究人员还花了数年时间在数据发布之间进行详尽的交叉检查，以独立的方式重复测量结果，以确保充分了解Tevatron的每一个特性。与此同时， W玻色子的测量值积累得越来越快。
CDF最近一份分析报告发布于2012年，涵盖了Tevatron头五年的数据。在接下来的四年里，数据量又翻了两番。 “它就像消防水管的水一样冲过来，比你喝水的速度还快， ”科特瓦尔说道。
距离最后一次分析近十年后， CDF合作项目终于公布了结果。在2020年11月的一次Zoom会议上，科特瓦尔按下一个按键，解密了该团队的结果（他们使用了加密数据，使得数字不会影响他们的分析）。在座的物理学家们陷入沉默，似乎都在思索这些结果意味着什么。
他们发现， W玻色子的质量为804.33亿电子伏特（MeV），误差在9MeV左右。这使得它比标准模型预测的要重76MeV ，这个误差大约是测量或预测误差的7倍。
科学家通常用若干sigma来判断一项测量的重要程度，当sigma超过5时，科学家就有信心宣布自己取得了确定性的发现，而CDF的测量结果达到了“7sigma” ，可以说是非常明确的结果。然而， ATLAS和其他实验的低测量值让研究人员不得不停了下来。
是新的测量有误，还是意味着新的突破？

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