Совсем недавно, совместными усилиями сотен ученых из различных стран и научных организаций были проведены и закончены самые высокоточные измерения массы W-бозона, элементарной частицы, несущей ответственность за силы слабых ядерных взаимодействий. И полученные результаты очень сильно удивили ученых-ядерщиков, оказалось, что W-бозон более крупный и более массивный, чем это определено в Стандартной Модели физики элементарных частиц, которая, помимо самих элементарных частиц, описывает также некоторые из самых фундаментальных сил и взаимодействий во Вселенной.
Новое значение массы W-бозона было получено в результате обработки огромного массива данных, собранных за 10 лет проведения различных экспериментов. Естественно, что в этом деле было задействовано большое количество ученых - более 400 человек из 54 различных научных учреждений со всего мира. Подавляющее большинство использованных данных было собрано при помощи детектора CDF-II (Collider Detector II), 4500-тонного датчика, высотой с четырехэтажное строение, который в свое время был установлен на ускорителе Fermilab Tevatron неподалеку от Чикаго, штат Иллинойс, США.
В результате напряженной работы ученые вычислили, что точное значение массы W-бозона равно 80,433 +- 9 MeV/c^2, примерно в два раза больше, чем дали результаты более ранних измерений. Для того, чтобы придать понятный смысл этому числовому значению, стоит указать, что, согласно новым данным, W-бозон имеет массу, в 80 раз превосходящую массу протона.
"Мы так сильно были сосредоточены на повышении точности расчетов и измерений, что в процессе работы не очень сильно обращали внимание на значение конечного результата" - пишут ученые, - "Но когда все исследования подошли к концу, то мы испытали нечто вроде шока".
Напомним нашим читателям, что W-бозон неразрывно связан с силами слабых ядерных взаимодействий, которые несут ответственность за некоторые виды радиоактивного распада и ядерного синтеза. Но не стоит волноваться, наличие у W-бозона массы, отличной от ожидаемой, вовсе не означает, что наука полностью неправильно понимает упомянутые выше процессы. Это означает, что на свете еще существуют другие вещи, которые мы еще не знаем или не понимаем, и которые имеют прямое отношение к элементарным частицам и взаимодействиям между ними.
Согласно предсказаниям Стандартной Модели, масса W-бозона должна быть приблизительно в два раза меньше, чем измеренное учеными значение. И в том, что это измеренное значение является достоверным, имеется большая уверенность. Вычисления и измерения, выполненные учеными, основаны на данных о 4 миллионах случаев обнаружений W-бозонов, произведенных столкновениями протонов и антипротонов в ускорителе Tevatron. Достоверность данные, полученных таким образом, превосходит достоверность прогнозов Стандартной Модели аж на целых 7 сигма, что допускает вероятность возникновения ошибки в одном случае из миллиарда.
Теперь же, обладая новыми знаниями о массе W-бозона, физики должны обнаружить источник несоответствия в Стандартной Модели. И, следует заметить, что данный случай является далеко не первым в истории науки, когда экспериментальные данные значительно отличаются от ожидаемых теоретических значений. К примеру, в апреле прошлого года данные эксперимента Muon g-2 указали, что некоторые из свойств мюонов сильно не соответствуют прогнозам Стандартной Модели. Так же на недостатки Стандартной Модели указывает то, что гравитация, темная материя и некоторые другие феномены также пока еще не нашли своего места в этой модели.
Ученые уже готовятся к поиску тех факторов, которые несут ответственность за "трещины" в Стандартной Модели. В этих поисках большие надежды возлагаются на дополнительный анализ данных, уже собранных экспериментами ATLAS и CMS, главными исследовательскими инструментами Большого Адронного Коллайдера. А особо сильные надежды возлагаются на данные, которые будут собраны после 2027, после того, как коллайдер пройдет через модернизацию High-Luminosity Large Hadron Collider и количество столкновений протонов в его туннелях увеличится минимум в 10 раз.
И в заключении следует заметить, что ускоритель Tevatron был закрыт в 2011 году после того, как ученые исчерпали весь его потенциал и возможности, и столкнулись с финансовыми затруднениями. А это новое открытие, сделанное на основе собранных ранее данных, можно рассматривать как "жизнь после смерти" этого легендарного научного инструмента.
