Wielki Zderzacz Hadronów znów imponuje. Pomiary masy bozonu Z bliskie rekordowej precyzji

W Wielkim Zderzaczu Hadronów wykonano pierwsze dedykowane pomiary masy bozonu Z. Naukowcy wykorzystali przy tym dane ze zderzeń protonów, które były przeprowadzane w eksperymencie LHCb podczas drugiej kampanii naukowej w 2016 roku. Przeprowadzone w CERN-ie badania to jednocześnie duży postęp w precyzji pomiarów LHC. Pokazuje bowiem, że z tak złożonego środowiska, jakie pojawia się w wyniku zderzeń wysokoenergetycznych protonów, można wyłowić niezwykle precyzyjne dane dotyczące poszczególnych cząstek.

Bozon Z to masywna elektrycznie obojętna cząstka, która pośredniczy w oddziaływaniach słabych, jednych z czterech podstawowych oddziaływań natury. Została ona odkryta w CERN-ie ponad 40 lat temu i odegrała ważną rolę w potwierdzeniu prawdziwości Modelu Standardowego. Jej precyzyjne pomiary, podobnie jak dokładne dane na temat wszystkich cząstek elementarnych, pozwalają nam lepiej poznać fizykę oraz poszukać zjawisk, które mogą wykraczać poza obowiązujące modele.
Na podstawie rozpadów 174 000 bozonów Z zarejestrowanych w LHCb stwierdzono obecnie, że masa spoczynkowa tej cząstki wynosi 91 184,2 megaelektronowoltów (MeV), a precyzja pomiaru wynosi ± 9,5 MeV. Takie wyniki są zgodne z pomiarami wykonanymi w poprzedniku LHC, zderzaczu LEP – gdzie przeprowadzano zderzenia elektronów i pozytonów – oraz w nieczynnym już amerykańskim Tevatronie, który zderzał protony i antyprotony. Co więcej, precyzja obecnego pomiaru jest zgodna z precyzją Modelu Standardowego, wynoszącą 8,8 MeV.

Dotychczas najdokładniejszy wynik – 91 187,6 ± 2,1 MeV – dały pomiary w LEP.

Najnowsze osiągnięcie otwiera drogę do jeszcze bardziej precyzyjnych pomiarów, jakich będzie można dokonać za pomocą przyszłego High-Luminosity LHC oraz do pomiarów za pomocą eksperymentów CMS i Atlas. Wyniki pomiarów z różnych eksperymentów wykonywanych w LHC są od siebie niezależne, co oznacza, że ich średnia wartość będzie obarczona jeszcze mniejszym marginesem niepewności.

High-Luminosity LHC może potencjalnie dokonać jeszcze bardziej dokładnych pomiarów bozonu Z niż LEP. Na początku pracy LHC wydawało się to niemożliwe, mówi rzecznik prasowy LHCb Vincenzo Vagnoni.

Źródło: Measurement of the Z-boson mass, https://arxiv.org/abs/2505.15582

bozon Z masa Wielki Zderzacz Hadronów LHCb