ATLAS検出器のトロイダル磁石の1つ
ATLASチームは、2011年に大型ハドロン衝突型加速器での陽子ビームの衝突から収集されたデータを使用して、弱い相互作用のキャリアとして機能するベクトルWボソンの質量を精緻化しました。科学者によって発見された質量の値は、約80370±19メガ電子ボルトです。この記事は、The European Physical JournalCに掲載されました。
弱い相互作用は、標準モデルの4つの基本的な相互作用の1つであり、3つの相互作用の1つです。弱い相互作用のキャリアはベクトルボソンであり、中性ボソンZ0と荷電W +およびW-です。 3つの粒子はすべて同じSU（2）グループのゲージボソンであり、質量がないはずですが、ヒッグスメカニズム（自発的対称性の破れ）により質量を獲得します。このため、弱い相互作用の半径は強く制限されていることがわかります。ボソンの質量は約80〜90 GeVに等しく、これは約10〜18センチメートルのスクリーニング半径に相当します。 WボソンとZボソンは、1983年にCERNのSPS加速器で実験的に発見されました。弱い相互作用の理論モデル（Glashow-Weinberg-Salamモデル）は60年代後半に開発され、現在は素粒子の標準モデルの一部です。
摂動論の最低次数では、Wボソンの質量はZボソンの質量、微細構造定数、フェルミ定数で表すことができ、正と負のボソンの質量は一致している必要があります。ただし、高次の補正は、他の標準模型のゲージ定数や、tクォークやヒッグス粒子などの重い粒子の質量に依存し始めます。現時点では、これらすべての粒子の質量は比較的不正確に測定されており（最大0.4％の誤差があります）、標準モデルの計算からWボソンの質量の違いを予測する拡張理論の余地があります。さまざまな論文の結果を組み合わせて得られた現在の実験質量値は約mW = 80385±15メガ電子ボルトであり、標準模型の理論的予測は約mW = 80360±8メガ電子ボルトです。したがって、質量の価値を明らかにし、それを理論と一致させる（または「新しい物理学」の存在を示す）新しい実験が必要です。
新しい記事で、ATLASコラボレーションは、2011年に大型ハドロン衝突型加速器で陽子ビームの衝突で形成されATLAS検出器によって記録されたWボソンの質量の測定について報告しています。重心の陽子のエネルギーは約7ギガ電子ボルトで、実験中の衝突型加速器の総光度は4、6逆フェムトバーンに達しました。光度とは、ここで読むことができます（大まかに言えば、この値は粒子の衝突の数を表します）。以前は、科学者は、ボソンの質量の比較的正確に測定された値（約2メガ電子ボルトの誤差）を使用して、Zボソンが2つのレプトンに崩壊するように検出器を較正していました。
粒子の質量を推定するために、科学者はいわゆるドレルヤン過程を使用しました。この過程で、Wボソンはレプトン（ミューオンまたは電子）とニュートリノ（それぞれミューオンまたは電子）に崩壊します。これらの各プロセスは、約10パーセントの確率で発生します。実験中、物理学者は崩壊W→μνμの約7.8×106の候補と、W→eνeの約5.9×106の候補を登録しました。これは、以前の実験で記録された崩壊の数よりも約1桁大きいです。
実際、実験では、科学者はそのようなプロセスの断面積を測定し、それがレプトンの横運動量とWボソンの横質量にどのように依存するかを調べました。次に、物理学者はWボソンの質量を「調整」して、理論モデルが実験データを可能な限り説明するようにしました。その結果、正と負のWボソンの質量はほぼ等しいことが判明しました。より正確には、それらの差はΔm= mW + --mW− = −29±28メガ電子ボルト以下である可能性があります。したがって、科学者は両方のボソンの質量の測定に関するデータを組み合わせて、mW = 80370±7±11±14 = 80370±19メガ電子ボルトの値を受け取りました。ここで、最初のエラーは理論を実験に「適合」させる際のエラー、2番目のエラーは実験の系統的エラー、3番目のエラーは理論の不正確さ（つまり、それ）。
Wボソンの質量測定に関するさまざまな実験の結果。 ATLAS実験は3つの低い値を満たしています
大型ハドロン衝突型加速器での新しい粒子の検索の詳細については、コレクション「衝突型加速器の第2シーズン」を参照してください。たとえば、資料「ゼロとワンの鉱山」は、科学者が検出器によって登録された膨大な数のプロセスの中から必要な崩壊を検索する方法を示し、資料「出発を許可」には、標準モデルからの逸脱のリストが含まれています。科学者たちはなんとか大型ハドロン衝突型加速器で見つけました。
