Wissenschaftler des Fermi National Accelerator Laboratory des Energieministeriums haben mit einem einzigen Experiment die weltweit genaueste Messung der Masse des W-Bosons erreicht. In Kombination mit anderen Messungen wird ein genaueres Verständnis der W-Boson-Masse die Forscher auch näher an die Masse des schwer fassbaren Higgs-Boson-Partikels führen.
Das Higgs-Teilchen ist ein theoretisches, aber noch nicht gesehenes Teilchen, auch „Gott-Teilchen“ genannt, von dem angenommen wird, dass es anderen Teilchen ihre Masse verleiht. Das W-Boson, das etwa 85-mal schwerer als ein Proton ist, ermöglicht den radioaktiven Beta-Zerfall und lässt die Sonne scheinen.
Die heutige Ankündigung ist die zweite wichtige Entdeckung in einer Woche für die internationale DZero-Zusammenarbeit bei Fermilab. Anfang dieser Woche kündigte die Gruppe die Produktion eines einzigen Top-Quarks am Tevatron-Collider von Fermilab an.
DZero ist ein internationales Experiment von etwa 550 Physikern aus 90 Institutionen in 18 Ländern. Es wird vom US-Energieministerium, der National Science Foundation und einer Reihe internationaler Finanzierungsagenturen unterstützt. Im letzten Jahr wurden im Rahmen der Zusammenarbeit 46 wissenschaftliche Arbeiten veröffentlicht, die auf Messungen mit dem DZero-Partikeldetektor basieren.
Das W-Boson ist ein Träger der schwachen Kernkraft und ein Schlüsselelement des Standardmodells der Elementarteilchen und -kräfte, das auch das Higgs-Boson vorhersagt. Seine genaue Masse ist entscheidend für Berechnungen, um die wahrscheinliche Masse des Higgs-Bosons abzuschätzen, indem seine subtilen Quanteneffekte auf das W-Boson und den oberen Quark untersucht werden, ein Elementarteilchen, das 1995 in Fermilab entdeckt wurde.
Wissenschaftler, die am DZero-Experiment arbeiten, haben jetzt die Masse des W-Bosons mit einer Genauigkeit von 0,05 Prozent gemessen. Die genaue Masse des mit DZero gemessenen Partikels beträgt 80,401 +/- 0,044 GeV / c ^ 2. Die Zusammenarbeit präsentierte ihr Ergebnis auf der jährlichen Konferenz über elektroschwache Wechselwirkungen und einheitliche Theorien, bekannt als Rencontres de Moriond am Sonntag.
"Diese schöne Messung zeigt die Leistungsfähigkeit des Tevatron als Präzisionsinstrument und bedeutet, dass der von uns für das Standardmodell bestellte Stresstest stressiger und aufschlussreicher wird", sagte der Fermilab-Theoretiker Chris Quigg.
Das DZero-Team bestimmte die W-Masse durch Messung des Zerfalls von W-Bosonen zu Elektronen und Elektronenneutrinos. Für die Durchführung der Messung musste der DZero-Partikeldetektor mit einer Genauigkeit von etwa drei Hundertstel Prozent kalibriert werden. Dies war eine mühsame Aufgabe, die mehrere Jahre lang von einem Team von Wissenschaftlern einschließlich Studenten durchgeführt werden musste.
Seit seiner Entdeckung im europäischen Labor CERN im Jahr 1983 haben viele Experimente am Fermilab und am CERN die Masse des W-Bosons mit stetig zunehmender Präzision gemessen. Jetzt erreichte DZero die beste Präzision durch die sorgfältige Analyse einer großen Datenprobe, die vom Tevatron-Partikelkollider bei Fermilab geliefert wurde. Die Konsistenz des DZero-Ergebnisses mit früheren Ergebnissen spricht für die Gültigkeit der verschiedenen verwendeten Kalibrierungs- und Analysetechniken.
"Dies ist eine der schwierigsten Präzisionsmessungen am Tevatron", sagte DZero-Co-Sprecher Dmitri Denisov von Fermilab. „Unsere Zusammenarbeit hat viele Jahre gedauert, um den 5.500-Tonnen-Detektor zu bauen, die Daten zu sammeln und zu rekonstruieren und anschließend die komplexe Analyse durchzuführen, um unser Wissen über diesen grundlegenden Parameter des Standardmodells zu verbessern.“
Quelle: Fermilab
