北京时间4月8日凌晨,《Science》封面文章报道了美国费米国家加速器实验室公布的Tevatron质子-反质子对撞机CDF实验组对W玻色子质量的最新测量结果。文章称,在前所未有的实验精度下,W玻色子质量为80433.5 ±9.4 MeV/c2,比理论预言值80357 ±6 MeV/c2高出7个标准差。这一结果是否挑战了现有的粒子物理标准模型,预示着将出现新物理?
粒子物理标准模型是迄今最为成功的基本粒子理论,其描述了组成物质的所有已知基本粒子及它们之间的强力、弱力和电磁力三种基本相互作用。此次,CDF实验合作组利用其二期运行(Run II)期间收集的所有数据,对W玻色子的质量进行了目前为止最为精确的测量和评估,误差(包括统计误差和系统误差)首次降至个位数——9 MeV/c2。
这一结果的精度达到了0.01%,超越了之前任何一个相关实验的精度,也超越了之前所有相关实验结果的加权综合精度,因此树立了用W玻色子质量的精确测量对标准模型进行检验的一个新的里程碑。
CDF实验合作组得到的W玻色子质量比粒子物理标准模型的理论预言值高了7个标准差(包括实验和理论误差)。尽管费米实验室CDF II的结果是迄今为止对W玻色子质量最为精确的测量,但它与先前另外两个独立的、接近符合粒子物理标准模型的实验的测量结果不一致。
要确定W质量值异常的来源,还需要来自其它实验的证实。这是一个非常惊人的结果,ATLAS的物理协调员归尤姆·于纳勒(Guillaume Unal,他没有参与这项新研究)说:“这是一个非常复杂和具有挑战性的测量方法,以良好的准确性来真正检验粒子物理标准模型。”ATLAS目前正在努力改进对W质量的测量,于纳勒表示,使用LHC第二次运行(于2018年结束)的数据,可能会使他们接近CDF的W质量测量精度。