ПРВО МЕРЕЊЕ МАСЕ W БОЗOНА СА ВИСОКОМ ПРЕЦИЗНОШЋУ НА LHC-У

Женева, ЦЕРН

Jедна од међународних истраживачких група у ЦЕРН-у којој раде и истраживачи из Србије, позната као колаборација ATLAS, изазвала је велику пажњу након што је 6. фебруара објавила рад у часопису European Physical Journal C. Реч је о првом мерењу масе W бозoна са високом прецизношћу на Великом сударачу хадрона (Large Hadron Collider, LHC), најмоћнијем акцелератору данашњице. W бозoн је једна од две елементарне честице које су преносиоци такозване слабе интеракције – једне од четири силе које управљају понашањем материје у Универзуму.

Како се наводи у раду, измерена вредност масе W бозoна износи 80370±19 MeV, што је у складу са предвиђањима Стандардног модела физике елементарних честица, теорије која описује структуру материје, честице и њихове интеракције. Ово мерење је засновано на подацима о чак 14 милиона W бозoна који су на акцелератору прикупљени током једне године (2011), док је LHC радио на енергији од 7 TeV.

W бозон је једна од најтежих познатих честица у свемиру. Његово откриће 1983. године представља круну успешног рада тадашњег ЦЕРН-овог акцелератора, Super proton-antiproton Synchrotron-а, што је довело до Нобелове награде за физику 1984. године. Мада се особине W бозона изучавају већ 30 година, мерење његове масе са високом превизношћу представља један од највећих изазова модерне науке.

„Овако висока прецизност упркос захтевним условима у сударачу хадрона као што је LHC представља огроман изазов“, каже координатор за физику у ATLAS колаборацији, Тандреди Карли. „То је врло обећавајући наговештај способности да унапредимо наше знање о Стандардном моделу и да потражимо трагове нове физике кроз мерења високе прецизности“.

Стандрадни модел је врло моћан у предвиђању понашања и одређених карактеристика елементарних честица и омогућује да се неки непознати параметри изведу на основу других, већ познатих. Масе W бозона, топ кварка и Хигсовог бозона узајамно су, на пример, повезане квантним релацијама. Зато је изузетно значајно да се повећа прецизном мерења масе W бозона како би се боље разумео Хигсов бозон, унапредио Стандардни модел и тестирала његова конзистентност као успешне теорије.

Маса W бозона се данас може предвидети са прецизношћу која превазилази директна мерења. Због тога је то кључни састојак потраге за новом физиком, пошто свако одступање мерене масе од предвиђања Стандардног модела може да укаже на нове феномене.

Ово мерење почива на темељној калибрацији детектора и на теоријском моделирању продукције W бозона. Ово је постигнуто испитивањем догађаја са Z бозонима и неколико других помоћних мерења. Комплексност анализе је толика да је ATLAS тиму било потребно скоро пет година да оствари овај резултат. Даља анализа огромног узорка сада доступних LHC података ће омогућити још већу тачност у блиској будућности.

 

***

Додатна информација

НАУЧНИЦИ ИЗ СРБИЈЕ УЧЕСТВУЈУ У МЕРЕЊУ МАСЕ W БОЗОНА

На овом пројекту учествују и два истраживача из Србије који су сарадници ATLAS колаборације, једног од тимова научника који раде у ЦЕРН-у, заједно са истраживачима из француског института CEA-Saclay, затим Универзитета у Мајнцу, ЦЕРН-а, Оксфорда и Института Нилс Бор.

На мерењу масе W бозона у ЦЕРН-у радили су и виши научни сарадник на Институту за физику у Београду, др Ненад Врањеш, као и његова студенткиња Александра Димитревска која је у новембру прошле године докторирала управо на мерењу масе ових честица.

„Прецизно мерење масе W бозона је од виталног значаја јер је та опсервабла уско повезана са масама топ кварка и Хигсовог бозона“, каже Ненад Врањеш, који је био и једна од ко-едитора рада који је објављен у часопису European Physical Journal C. „Треба напоменути да је ово резултат високог профила, први такав резултат на LHC-у. По прецизности од 19 MeV одговара резултату постигнутом на експериментима CDF и D0 на Теватрону“, објашњава Врањеш, додајући да је експериментима на Теватрону било потребно 20 година да достигну такву прецизност, док је ATLAS група радила пет година.

Врањеш напомиње да се оваква мерења морају наставити све док експериментална прецизност не достигне, или престигне неодређеност од 8 MeV коју предвиђа теорија. Ово истраживање је само једно од бројних у којима у ЦЕРН-у учествују истраживачи са Института за физику и Универзитета у Београду. То је могуће јер је Институт за физику члан колаборације АТЛАС од 2003, а Република Србија придружена чланица ЦЕРН-а од 2012. године.