Un nuevo resultado de ATLAS pesa sobre el bosón W

Durante 40 años, el bosón W ha estado en los titulares. En la década de 1980, el anuncio de su descubrimiento ayudó a confirmar la teoría de la interacción electrodébil, una descripción unificada de las fuerzas electromagnética y débil. Hoy en día, las mediciones de su masa (m_O) probar la consistencia del modelo estándar que ayudó a entrenar.

La masa del bosón W está estrechamente relacionada con las masas de las partículas más pesadas de la naturaleza, incluido el quark top y el bosón de Higgs. Sin embargo, si existen partículas pesadas adicionales, la masa puede desviarse de la predicción del modelo estándar. Al comparar mediciones directas de la masa del bosón W con cálculos teóricos, los físicos buscan discrepancias que podrían ser un indicador de nuevos fenómenos. Para ser suficientemente sensibles a tales desviaciones, las mediciones de masa deben tener incertidumbres sorprendentemente bajas, del orden del 0,01%.

En 2017, la colaboración ATLAS en el CERN publicó la primera medida del LHC de la masa del bosón W, dando un valor de 80.370 MeV con una incertidumbre de 19 MeV. En ese momento, esta medida fue el resultado más preciso de un solo experimento y estuvo de acuerdo con la predicción del modelo estándar y todos los demás resultados experimentales. El año pasado, Fermilab CDF Collaboration publicó un informe aún más específico medida de la masa del bosón W, analizando todos los datos proporcionados por el colisionador Tevatron. Con un valor de 80434 MeV y una incertidumbre de 9 MeV, difería significativamente de la predicción del modelo estándar y otros resultados experimentales.

En un nuevo resultado preliminar Publicado hoy, la colaboración ATLAS informa un análisis nuevo y mejorado de su medición inicial de la masa del bosón W. ATLAS encuentra m_O ser 80360 MeV, con una incertidumbre de sólo 16 MeV. El valor medido es 10 MeV más bajo que el resultado anterior de ATLAS y está de acuerdo con el Modelo Estándar.

Para este nuevo análisis, los físicos de ATLAS revisaron sus datos recopilados en 2011 en un centro de masa de energía de 7 TeV (correspondiente a 4,6 fb^-1, también utilizado en la medición ATLAS anterior). Los investigadores utilizaron métodos estadísticos mejorados y refinamientos en el procesamiento de datos, lo que les permitió reducir la incertidumbre de su medición de masa en más del 15 %.

Los investigadores se centraron en eventos de colisión en los que el bosón W se desintegra en un electrón o muón (leptones) y un neutrino correspondiente. Luego se determinó la masa del bosón W ajustando las distribuciones cinemáticas de los leptones de decaimiento de la simulación a los datos. La principal diferencia entre la medida de 2017 y la nueva medida es el método utilizado para realizar estos ajustes. Mientras que la medición anterior utilizó los datos disponibles solo para determinar la masa del bosón W, con incertidumbres sistemáticas añadidas como una ocurrencia tardía, la nueva medición ajusta simultáneamente las incertidumbres sistemáticas, así como la masa del bosón W. Esta mejora ha reducido varias incertidumbres sistemáticas. incertidumbres, en particular las relacionadas con la modelización teórica de la producción y desintegración del bosón W.

La distribución del momento transversal del bosón W tiene tanta influencia en las distribuciones de descomposición de los leptones como la masa del propio bosón W y, por lo tanto, es una fuente importante de incertidumbre. Dado que la resolución de los datos de 2011 era demasiado baja para verificar el modelado de esta distribución en detalle, los investigadores utilizaron datos registrados en 2017 durante una carrera especial de protón-protón de baja luminosidad con una energía en el centro de masa de 5 TeV. Descubrieron que los datos coincidían con las distribuciones predichas, validando así el modelo.

Las funciones de distribución de partones (PDF) del protón, que modelan los momentos relativos de sus constituyentes de quarks y gluones, también fueron cruciales para la medición. Los archivos PDF incorporan una gran cantidad de datos de diferentes experimentos de física de partículas. Desde la medición anterior, estos conjuntos se han refinado al incluir más datos. La nueva medición de ATLAS evaluó la dependencia de la masa medida del bosón W en los conjuntos de PDF teniendo en cuenta estas versiones más nuevas.

Se esperan mediciones futuras de la masa del bosón W de otros experimentos del LHC, así como de más estudios de ATLAS utilizando muestras de datos registradas en diferentes condiciones de apilamiento y a diferentes energías en el centro de masa. Estos proporcionarán evaluaciones independientes de los resultados experimentales obtenidos hasta el momento.

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