W玻色子的质量：去年挑战了标准模型的发现，或许是算错了

经过十年的测量和又一个十年的细致分析，杜克大学物理学家团队在去年宣布，一种基本粒子——W玻色子——的质量比理论给出的要大得多，这动摇了现代物理学的根基。

现代物理学以粒子物理学的标准模型为基，这是科学家们描述宇宙最基本组成部分以及支配它们的力量的最佳理论。

W玻色子支配着所谓的弱力，这是自然界的四种基本力之一，因此是标准模型的支柱。

然而，现在科学家们使用更新的技术再次核算数据，发现粒子质量竟与标准模型非常吻合。

虽然这意味着我们可能不需要对当前的粒子物理学理论进行革命性的反思，但我们还是不禁有些失望。粒子物理学的标准模型仍然是对我们的最佳解释。同时我们知道它存在无法解释的盲点：例如，标准模型没有考虑暗物质，甚至引力。

虽然无法直接测量 W 玻色子，但可以直接测量它衰变时释放的质量和能量。

去年的结果花费了 400 多名科学家在 10 年内从“大约 450 万亿次碰撞的数据集”中仔细筛出了 400 万个 W 玻色子候选者。

这些碰撞——通过以令人难以置信的速度将粒子粉碎到一起——由美国伊利诺伊州的 Tevatron 对撞机完成。

它一度是世界上能量最高的粒子加速器，直到 2009 年被日内瓦附近的大型强子对撞机所取代，后者以观测到希格斯玻色子而闻名。

Tevatron 于 2011 年停止运行，但费米实验室 (CDF) 对撞机探测器的科学家从那时起一直在处理历史数据。

同时，最新研究重新分析了 2011 年来自瑞士 CERN 大型强子对撞机 (LHC) 的 ATLAS 实验的数据，使用基于过程优化的统计方法。

W玻色子测量

研究人员表示，他们的新读数比以前精确16%，不确定性也较低，这使美国伊利诺伊州现已关闭的 Tevatron 对撞机 2022 年的结果受到质疑。

“虽然对探测器的理解以及电弱和顶夸克背景过程的影响没有改变，但从数据中提取 W 玻色子质量的统计框架已经取得了重大进展。”研究人员写道。

Tevatron 测量结果为 80.4335 吉电子伏特，与标准模型预测的 80.357 吉电子伏特相比，看似很小但意义重大。 最新的 W 玻色子质量测量值为 80.360 吉电子伏特，更接近理论预测的质量。

作为一类粒子，像 W 玻色子这样的规范玻色子本质上促进了其他基本粒子之间的相互作用。 与 Z 玻色子一起，W 玻色子在放射性衰变和核聚变等过程中起着至关重要的作用。

CERN 实验室 ATLAS 团队的粒子物理学家 Andreas Hoecker 说：“由于粒子衰变中未检测到中微子，W 质量测量是在强子对撞机上进行的最具挑战性的精确测量任务之一。它需要对测量的粒子能量和动量进行极其精确的校准，并对建模不确定性进行仔细评估和出色控制。”

值得记住的是，这只是目前的初步发现。 目前正在对更新的数据进行进一步测试。 如果标准模型将 W 玻色子的质量弄错了，那将暗示一些尚未发现的粒子和力在起作用。 不过就目前而言，这一基本理论似乎还是安全的。

“ATLAS 的这一更新结果提供了严格的测试，并证实了我们对电弱相互作用的理论理解的一致性。”Hoecker 说。

您可以在 CERN 网站上阅读详细介绍新发现的论文→https://cds.cern.ch/record/2853290

https://www.sciencealert.com/shock-boson-result-upending-physics-was-a-miscalculation-scientists-say

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