O bóson W é a quarta partícula mais pesada do Modelo Padrão e sua massa depende do mecanismo Brout-Englert-Higgs. Desde a sua descoberta, os físicos experimentais continuaram comparando as medições das propriedades do bóson W com as previsões teóricas. Num novo resultado inovador, a Colaboração ATLAS mediu a largura do bóson W pela primeira vez

O bóson W é a quarta partícula mais pesada do Modelo Padrão e sua massa depende do mecanismo Brout-Englert-Higgs. Desde a sua descoberta, os físicos experimentais continuaram comparando as medições das propriedades do bóson W com as previsões teóricas.

Num novo resultado inovador, a Colaboração ATLAS mediu a largura do bóson W pela primeira vez no Grande Colisor de Hádrons (LHC). O colisor Large Electron-Positron (LEP) do CERN e o colisor Tevatron do Fermilab mediram anteriormente a largura do bóson W – revelando um valor médio de 2.085 ± 42 MeV. Este valor foi consistente com a previsão do Modelo Padrão de 2.088 ± 1 MeV.

Agora, a colaboração utilizou dados recolhidos durante a 1ª execução do LHC. A Colaboração ATLAS mediu a largura do bóson W em 2.202 ± 47 MeV. Esta é a medição de experimento único mais precisa até o momento. Este valor é consistente com a previsão do Modelo Padrão dentro de cerca de 2,4 desvios padrão.

Para este estudo, os cientistas analisaram os espectros cinemáticos do decaimento do bóson W em um elétron ou múon e seu neutrino correspondente. Eles tiveram que calibrar a resposta do detector para recriar com precisão os momentos transversais dos elétrons e múons. Como a forma da massa transversal depende da largura e dos valores da massa do bóson W, a distribuição desta massa nesses eventos foi de particular interesse.

Os cientistas, por exemplo, confiaram em uma mistura de previsões teóricas verificadas por medições distintas das seções transversais diferenciais dos bósons W e Z para compreender com precisão a produção do bóson W em colisões próton-próton. As funções de distribuição de Parton (PDFs) que representam a estrutura interna do próton também foram essenciais para esta medição. Cientistas do ATLAS integraram e examinaram PDFs contemporâneos obtidos ajustando dados de vários experimentos de física de partículas.

Juntamente com a medição da largura do bóson W, a colaboração ATLAS também mediu a massa do bóson W através de um método estatístico aprimorado que ajusta as incertezas sistemáticas juntamente com os valores de massa e largura do bóson W.

Com a ajuda desta técnica, algumas das incertezas podem ser limitadas pelo conjunto de dados, melhorando o controlo sistemático. Usando os mesmos dados, a nova medição da massa do bóson W é de 80.366,5 ± 15,9 MeV, superando o resultado anterior do ATLAS. Os valores observados de mW e ΓW estão de acordo com o previsto pelo Modelo Padrão.

Conjuntos de dados ATLAS maiores para as próximas observações de massa e largura do bóson W devem reduzir a incerteza experimental e estatística. Ao mesmo tempo, as incertezas teóricas diminuirão com melhorias na compreensão do PDF e nas previsões teóricas. Os cientistas serão capazes de sondar a possível presença de novas partículas ou forças e realizar testes cada vez mais difíceis da consistência do Modelo Padrão à medida que as suas medições se tornam cada vez mais precisas.

Referência do periódico:

  1. A Colaboração ATLAS. Meça a massa e largura do 𝑾-bóson com o detector ATLAS usando colisões próton-próton em √𝒔=7 TeV. arXiv:2403.15085v1

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Atualizado em by Augustine Catt
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