Το μποζόνιο W είναι ένα πολύ ιδιαίτερο σωματίδιο, καθώς μαζί με το μποζόνιο Ζ, είναι υπεύθυνο για τη διαμεσολάβηση που λαμβάνει χώρα στην ασθενή αλληλεπίδραση, η οποία είναι μία από τις τέσσερις θεμελιώδεις δυνάμεις της φύσης μαζί με την ηλεκτρομαγνητική, τη βαρυτική και την ισχυρή αλληλεπίδραση. Οι Φυσικοί τοποθετούν συνήθως στο ίδιο επίπεδο το πεδίο Higgs, το οποίο είναι μια άλλη θεμελιώδης αλληλεπίδραση που εξηγεί πώς τα σωματίδια αποκτούν τη μάζα τους , αλλά για να γίνει πιο κατανοητό, τα συγγράμματα συνήθως περιλαμβάνουν τις τέσσερις προηγούμενες δυνάμεις ως θεμελιώδεις δυνάμεις.
Η ασθενής πυρηνική δύναμη είναι υπεύθυνη για τη ραδιενεργό διάσπαση των υποατομικών σωματιδίων και, περιέργως, τα μποζόνια W και Z που συμμετέχουν σε αυτήν είναι βαρύτερα από τα πρωτόνια και τα νετρόνια που βρίσκονται στον πυρήνα των ατόμων. Στην πραγματικότητα, η μάζα του μποζονίου W είναι περίπου 80 φορές μεγαλύτερη από εκείνη ενός πρωτονίου. Το εκπληκτικό είναι ότι δεν ήταν εύκολο για τους Φυσικούς να το προσδιορίσουν. Στην πραγματικότητα, το έχουν καταφέρει αρκετές φορές, αλλά όχι με την ακρίβεια που μόλις πέτυχε το πείραμα CMS στο CERN.
Τον Μάρτιο του 2023, οι Φυσικοί του CERN που εργάζονται στο πείραμα ATLAS δημοσίευσαν τις τελευταίες μετρήσεις τους για τη μάζα του μποζονίου W. Και, όπως αναμενόταν, επιβεβαίωσαν ότι ταιριάζουν με την πρόβλεψη του θεωρητικού μοντέλου. Εκ των προτέρων, μπορούμε να συμπεράνουμε ότι δεν υπάρχει τίποτα το εκπληκτικό σε αυτό, αλλά είναι σημαντικό να μην παραβλέψουμε το γεγονός ότι μόλις ένα χρόνο νωρίτερα, το 2022, το πείραμα CDF στο Fermilab στις ΗΠΑ είχε καταλήξει στο συμπέρασμα ότι η μάζα του μποζονίου W είναι πολύ μεγαλύτερη από την προβλεπόμενη από το Καθιερωμένο Πρότυπο.
Η μάζα αυτού του σωματιδίου απασχολούσε επί μακρόν τους Φυσικούς, αλλά η ανακάλυψη του Fermilab πυροδότησε έναν ξέφρενο αγώνα δρόμου για την όσο το δυνατόν ακριβέστερη μέτρηση της. Εδώ βρισκόμαστε τώρα, αν και αυτή τη φορά ο πρωταγωνιστής είναι το πείραμα CMS στο CERN. Όταν οι Φυσικοί του πειράματος ATLAS έκαναν γνωστή την τελευταία μέτρηση της μάζας του μποζονίου W τον Μάρτιο του 2023, κατάφεραν να αυξήσουν την ακρίβεια της μέτρησης που οι ίδιοι είχαν λάβει το 2017.
Το αποτέλεσμα αυτό είναι σύμφωνο τόσο με την πρόβλεψη του Καθιερωμένου Προτύπου όσο και με όλες τις προηγούμενες μετρήσεις. Η μόνη εξαίρεση είναι, όπως είδαμε, η μέτρηση που έλαβαν το 2022 οι φυσικοί του Fermilab χρησιμοποιώντας τον ήδη βετεράνο επιταχυντή πρωτονίων-αντιπρωτονίων Tevatron. Το πρόβλημα είναι ότι το αποτέλεσμα που προέκυψε πριν από δύο χρόνια από το πείραμα αυτό ήταν εξαιρετικά ακριβές. Σύμφωνα με τους φυσικούς του Fermilab, η μάζα του μποζονίου W είναι 80.433,5 MeV με αβεβαιότητα 9,4 MeV. Αλλά τώρα έχουμε την πρώτη μέτρηση από το πείραμα CMS.
Η ακρίβειά της είναι συγκρίσιμη με εκείνη που πέτυχαν οι Φυσικοί του Fermilab πριν από δύο χρόνια, αν και η μέτρηση του πειράματος CMS, όπως και εκείνες που έχουν παραδοθεί μέχρι στιγμής από τον ATLAS, είναι ευθυγραμμισμένη με την πρόβλεψη του Καθιερωμένου Προτύπου. Το αποτέλεσμα που έλαβαν οι φυσικοί του CMS για τη μάζα του μποζονίου W είναι 80.360,2 MeV με αβεβαιότητα 9,9 MeV. «Οι μετρήσεις της μάζας του W είναι πολύ δύσκολες επειδή περιλαμβάνουν ευαίσθητες μετρήσεις και θεωρητική μοντελοποίηση της παραγωγής του μποζονίου W και της διάσπασης του σε ένα λεπτόνιο και ένα νετρίνο που διαφεύγουν της ανίχνευσης», εξηγεί ο Gautier Hamel de Monchenault, εκπρόσωπος του πειράματος CMS.
Είναι πολύ πιθανό ότι στο εγγύς μέλλον οι Φυσικοί στο CERN, στο Fermilab ή σε κάποιο άλλο εργαστήριο σωματιδιακής φυσικής θα είναι σε θέση να μετρήσουν αυτή ή κάποια άλλη παράμετρο του μποζονίου W με ακόμη μεγαλύτερη ακρίβεια. Και αυτό θα είναι, για άλλη μια φορά, ένα μεγάλο βήμα προς τα εμπρός, διότι η πιθανότητα να βρεθεί μια ασυνέπεια στις προβλέψεις του Καθιερωμένου Προτύπου θα ανοίξει διάπλατα μια πόρτα που οι Φυσικοί ανυπομονούν να γκρεμίσουν: μια πόρτα που μπορεί να τους οδηγήσει στον εντοπισμό νέων σωματιδίων και δυνάμεων.
[via]
