Учёные CERN измерили массу Z-бозона с беспрецедентной точностью — погрешность составила всего 0,01%

Исследовательская группа, работающая с детектором LHCb на Большом адронном коллайдере (БАК), сумела на данный момент наиболее точно определить массу Z-бозона. Почти четыре десятилетия назад эта электрически нейтральная частица изменила представление о слабом ядерном взаимодействии, являясь важной частью Стандартной модели и подтверждая её ключевые точки.

Ранее, высокоточные измерения массы Z-бозона проводились на Большом электрон-позитронном коллайдере (LEP), который является предшественником БАК и также расположен в подземном тоннеле. Однако сложности, связанные с протон-протонными столкновениями на БАК, до последнего времени мешали достижениям на подобном уровне.

В ходе нового исследования специалисты проанализировали данные, собранные детектором LHCb с 2016 года во время второго запуска БАК. Они изыскивали около 174 000 событий распада Z-бозонов на пары мюонов — более тяжёлых аналогов электронов, которые проще точно отслеживать. Этот анализ позволил с высокой точностью восстановить массу Z-бозона.

Результат составил 91 184,2 миллиона электронвольт (МэВ). Погрешность, включающая как статистические (8,5 МэВ), так и систематические (3,8 МэВ) ошибки, не превышает 9,3 МэВ, что примерно равно 0,01%. Для достижения этой точности были учтены различные тонкие эффекты, такие как калибровка отклика детектора на мюоны, корректировки для малых погрешностей в измерении энергии и компенсация выравнивания детектора. Ключевым элементом явился метод «шаблонного совпадения», который позволяет сравнивать смоделированные и реальные данные распределений Z-бозонов.

Значимо, что данный результат совпадает с самыми точными предыдущими измерениями на LEP и с прогнозами Стандартной модели (91 204,7 ± 8,8 МэВ). Это демонстрирует способность БАК получать высокоточные результаты, даже несмотря на сложность его экспериментальной среды.

Это достижение открывает новые горизонты. Любое даже минимальное отклонение в будущем может указывать на наличие новых частиц или физических явлений, выходящих за рамки Стандартной модели. Предстоящие модернизации БАК, такие как проект High Luminosity LHC, и новые запланированные коллайдеры, например, FCC-ee, позволят достичь ещё большей точности в измерении массы Z-бозона.

Источник: iXBT