美国能源部费米国家加速器实验室对撞机探测器(CDF)合作项目的科学家7日宣布，他们实现了迄今为止对W玻色子质量的最精确测量。经过十年的研究整理，杜克大学的粒子物理学家Ashutosh Kotwal和其他397名合作者利用费米实验室CDF收集的数据，以0.01%的精度确定了W玻色子的质量为80，443.5兆电子伏特，是质子的86倍。而这一结果比标准模型预测值高七个标准差。
(在费米国家加速器实验室的对撞机探测器的中心，质子和反质子会碰撞产生短暂的奇异粒子。图：赖达·哈恩/费米实验室)
在物理学中，W及Z玻色子(boson)是负责传递弱核力的基本粒子。它们是1983年在欧洲核子研究组织发现的，被认为是粒子物理标准模型的一大胜利。标准模型包括三代轻子和三代夸克，以及传递相互作用的光子、胶子、W、Z玻色子和已被实验发现的产生所有粒子质量的希格斯粒子，于2012年完成。标准模型对粒子的质量有严格的限制。
而此次费米实验室发表的研究结果显示了科学家在标准模型的背景下使用实验和理论输入获得的值之间的差异。如果能够确定，也许物理学标准模型需要改进标准模型计算或扩展模型。
研究团队团队使用费米实验室Tevatron对撞机上的CDF II探测器在1.96万亿电子伏特质心能量的质子-反质子碰撞中收集的对应于8.8逆飞秒积分光度的数据。在2002年至2011年间观测到的大约450万亿次碰撞中，只有大约400万次碰撞产生了足够高质量的W玻色子数据。根据这些数据，研究人员估计W玻色子的新质量测量值为80,433.5±9.4 MeV/c2，与之前的测量值相比和标准模型所建议的质量相差甚远。
费米实验室副主任乔·莱肯说：“虽然这是一个有趣的结果，但测量结果需要通过另一个实验来确认，然后才能完全解释。”
相关论文“High-precision measurement of the W boson mass with the CDF II detector”于2022年4月7日发表于《Science(科学)》杂志。
