Wetenschappers van het Fermi National Accelerator Laboratory van het Department of Energy hebben met één enkel experiment de meest nauwkeurige meting van de massa van het W-boson ter wereld bereikt. In combinatie met andere metingen zal een beter begrip van de massa van het W-boson onderzoekers ook dichter bij de massa van het ongrijpbare Higgs-deeltje brengen.
Het Higgs-deeltje is een theoretisch maar tot nu toe ongezien deeltje, ook wel het 'God-deeltje' genoemd, waarvan wordt aangenomen dat het andere deeltjes hun massa geeft. Het W-boson, dat ongeveer 85 keer zwaarder is dan een proton, maakt radioactief bèta-verval mogelijk en laat de zon schijnen.
De aankondiging van vandaag markeert de tweede grote ontdekking in een week voor de internationale DZero-samenwerking bij Fermilab. Eerder deze week kondigde de groep de productie aan van een enkele top-quark bij de Tevatron-collider van Fermilab.
DZero is een internationaal experiment van ongeveer 550 natuurkundigen uit 90 instellingen in 18 landen. Het wordt ondersteund door het Amerikaanse ministerie van energie, de National Science Foundation en een aantal internationale financieringsinstanties. In het afgelopen jaar heeft de samenwerking 46 wetenschappelijke artikelen gepubliceerd op basis van metingen die zijn gedaan met de DZero-deeltjesdetector.
Het W-boson is een drager van de zwakke kernkracht en een sleutelelement van het standaardmodel van elementaire deeltjes en krachten, dat ook het Higgs-boson voorspelt. De exacte massa is cruciaal voor berekeningen om de waarschijnlijke massa van het Higgs-boson te schatten door de subtiele kwantumeffecten ervan op het W-boson en de top-quark, een elementair deeltje dat in 1995 bij Fermilab werd ontdekt, te bestuderen.
Wetenschappers die aan het DZero-experiment werken, hebben nu de massa van het W-boson gemeten met een precisie van 0,05 procent. De exacte massa van het door DZero gemeten deeltje is 80,401 +/- 0,044 GeV / c ^ 2. De samenwerking presenteerde haar resultaat op de jaarlijkse conferentie over Electroweak Interactions and Unified Theories, bekend als Rencontres de Moriond op zondag.
"Deze prachtige meting illustreert de kracht van de Tevatron als een precisie-instrument en betekent dat de stresstest die we voor het standaardmodel hebben besteld, meer stressvol en onthullend wordt", zegt Fermilab-theoreticus Chris Quigg.
Het DZero-team heeft de W-massa bepaald door het verval van W-bosonen naar elektronen en elektronenneutrino's te meten. Het uitvoeren van de meting vereiste het kalibreren van de DZero-deeltjesdetector met een nauwkeurigheid van ongeveer driehonderdste van één procent, een zware taak waarvoor een team van wetenschappers, waaronder studenten, enkele jaren inspanning nodig had.
Sinds de ontdekking in het Europese laboratorium CERN in 1983, hebben veel experimenten bij Fermilab en CERN de massa van het W-boson met gestaag toenemende precisie gemeten. DZero bereikte nu de beste precisie door de nauwgezette analyse van een groot gegevensmonster dat werd geleverd door de Tevatron-deeltjesbotser bij Fermilab. De consistentie van het DZero-resultaat met eerdere resultaten spreekt voor de validiteit van de verschillende gebruikte kalibratie- en analysetechnieken.
"Dit is een van de meest uitdagende precisiemetingen bij de Tevatron", zegt DZero-medewoordvoerder Dmitri Denisov van Fermilab. "Het kostte vele jaren van onze samenwerking om de 5500-ton detector te bouwen, de gegevens te verzamelen en te reconstrueren en vervolgens de complexe analyse uit te voeren om onze kennis van deze fundamentele parameter van het standaardmodel te verbeteren."
Bron: Fermilab
