La scoperta del bosone di Higgs nel 2012 ha inserito il pezzo mancante del puzzle del Modello Standard: la larghezza del bosone W.
Tuttavia, ha lasciato delle domande in sospeso. Cosa c’è oltre questo modello? Dove si trovano i nuovi fenomeni che risolverebbero i rimanenti misteri dell’Universo, come la natura della materia oscura e l’origine dell’asimmetria materia-antimateria? Un parametro che potrebbe contenere indizi sui fenomeni della nuova fisica è la larghezza del bosone W. La larghezza di una particella è direttamente correlata alla sua vita.
L’ampiezza di una particella è direttamente correlata alla sua esistenza e descrive il modo in cui decade in altre particelle. Se il bosone W decade in modi inaspettati, ad esempio in nuove particelle ancora da scoprire, ciò influenzerebbe la larghezza misurata. Poiché il suo valore è previsto con precisione dal Modello Standard sulla base della forza debole carica e della massa del bosone W, qualsiasi deviazione significativa dalla previsione indicherebbe la presenza di fenomeni non contabilizzati.
In un nuovo studio, la collaborazione ATLAS ha misurato la larghezza del bosone W al Large Hadron Collider
L’ampiezza del bosone W, sostiene la fonte, era stata misurata in precedenza al Large Electron-Positron (LEP) collider del CERN e al Tevatron collider del Fermilab, ottenendo un valore medio di 2.085 ± 42 milioni di elettronvolt (MeV), coerente con la previsione del Modello Standard di 2.088 ± 1 MeV.
Utilizzando i dati di collisione protone-protone a un’energia di 7 TeV raccolti durante il Run 1 di LHC, ATLAS ha misurato l’ampiezza del bosone W come 2202 ± 47 MeV. Si tratta della misura più precisa finora effettuata da un singolo esperimento e, anche se un po’ più grande, è coerente con la previsione del modello standard entro 2,5 deviazioni standard.
Questo notevole risultato è stato ottenuto eseguendo un’analisi dettagliata dei decadimenti del bosone W in un elettrone o in un muone e del corrispondente neutrino, che non viene rilevato ma lascia una firma di energia mancante nell’evento di collisione. Ciò ha richiesto ai fisici di calibrare con precisione la risposta del rivelatore ATLAS a queste particelle in termini di efficienza, energia e quantità di moto, tenendo conto dei contributi dei processi di fondo. Tuttavia, il raggiungimento di una precisione così elevata richiede anche la confluenza di diversi risultati di alta precisione.
I risultati della ricerca
Per esempio, era essenziale una comprensione accurata della produzione. di bosoni W nelle collisioni protone-protone e i ricercatori si sono affidati a una combinazione di previsioni teoriche convalidate da varie misure delle proprietà dei bosoni W e Z. Per questa misurazione è fondamentale anche. la conoscenza della struttura interna del protone, descritta dalle funzioni di distribuzione dei partoni.
I fisici di ATLAS hanno incorporato e testato le funzioni di distribuzione dei partoni derivate. da gruppi di ricerca di tutto il mondo, adattandole ai dati di un’ampia gamma di esperimenti di fisica delle particelle. I ricercatori hanno misurato l’ampiezza del bosone W. contemporaneamente alla massa del bosone W utilizzando un metodo statistico. che ha permesso di vincolare direttamente dai dati misurati parte dei parametri che quantificano le incertezze, migliorando così la precisione della misura.
La misura aggiornata della massa del bosone W è di 80.367 ± 16 MeV, che migliora e supera la precedente misura di ATLAS utilizzando lo stesso set di dati. I valori misurati della massa e della larghezza sono coerenti con le previsioni del modello standard.
“Le future misurazioni della larghezza e della massa del bosone W,. effettuate con set di dati ATLAS più grandi, dovrebbero ridurre le incertezze statistiche e sperimentali”,. hanno dichiarato gli scienziati, che aggiungono:
“Contemporaneamente, i progressi nelle previsioni teoriche e una comprensione più precisa delle funzioni di distribuzione dei partoni contribuiranno a ridurre le incertezze teoriche. Man mano che le loro misure diventeranno sempre più precise,. saremo in grado di condurre test ancora più severi del Modello Standard e di sondare nuove particelle e forze.”
