El nuevo resultado de ATLAS afecta al bosón W

Durante los últimos 40 años, el bosón W ha sido noticia. 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 (mw) prueba la consistencia del Modelo Estándar que ayudó a darle forma.

Figura 1: El valor medido de la masa del bosón W se compara con otros resultados publicados. Las bandas verticales muestran la predicción del modelo estándar y las barras y líneas horizontales muestran la incertidumbre estadística y agregada de los resultados publicados. (Imagen: Colaboración ATLAS/CERN)

La masa del bosón W está estrechamente relacionada con las masas de las partículas más pesadas de la naturaleza, incluidos el quark up y el bosón de Higgs. Sin embargo, si hay presentes partículas pesadas adicionales, la masa puede desviarse de la predicción del modelo estándar. Al comparar las mediciones directas de la masa del bosón W con los cálculos teóricos, los físicos buscan anomalías que podrían ser un indicador de nuevos fenómenos. Para ser lo suficientemente sensibles a tales anomalías, las mediciones de masa deben tener una incertidumbre sorprendentemente pequeña, del orden del 0,01%.

En 2017, la Colaboración ATLAS en el CERN publicó la primera medición de la masa del bosón W del LHC, dando un valor de 80.370 MeV con una incertidumbre de 19 MeV. En ese momento, esta medida era el resultado más preciso para un solo experimento y estaba de acuerdo con la predicción del modelo estándar y todos los demás resultados experimentales. El año pasado, la Colaboración CDF de Fermilab publicó un informe más completo Medición de la masa del bosón W, y analizó el conjunto de datos completo proporcionado por Tevatron Collider. Con un valor de 80.434 MeV y una incertidumbre de 9 MeV, difería significativamente de la predicción del modelo estándar y de otros resultados experimentales.

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en Nuevo resultado preliminar Lanzado hoy, la Colaboración ATLAS informa un nuevo análisis mejorado de la medición inicial de la masa del bosón W. ATLAS encuentra mw sea ​​de 80.360 MeV, con una incertidumbre de sólo 16 MeV. El valor medido es 10 MeV más bajo que el resultado anterior de ATLAS y es consistente con el modelo estándar.


ATLAS Collaboration ha medido la masa del bosón W en 80.360 MeV con una incertidumbre de 16 MeV, de acuerdo con el modelo estándar.


Parcelas o Distribuciones, Física, Atlas
Figura 2 Los perfiles de nivel de confianza del 68 % y el 95 % para la determinación indirecta de la masa del bosón W y el quark top a partir de la compatibilidad electrodébil global se comparan con los perfiles del nivel de confianza del 68 % y el 95 % de las mediciones de ATLAS del bosón W y el quark top masas. (Imagen: Colaboración ATLAS/CERN)

Para este nuevo análisis, los físicos de ATLAS revisaron los datos recopilados en 2011 en un centro de energía de masa de 7 TeV (equivalente a 4,6 FB).-1, también utilizado en la medición anterior de ATLAS). Los investigadores utilizaron métodos estadísticos mejorados y mejoras en el procesamiento de datos, lo que les permitió reducir su incertidumbre de 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. A continuación, se determinó la masa del bosón W ajustando las distribuciones cinéticas de los leucones de desintegración en una simulación a los datos. La principal diferencia entre la medición de 2017 y la nueva medición es el método utilizado para realizar estos cambios. Mientras que la medición anterior usaba solo los datos disponibles para determinar la masa del bosón W, agregando incertidumbres sistemáticas después del hecho, la nueva medición ajusta simultáneamente la incertidumbre sistemática con la masa del bosón W. Esta mejora ha reducido muchas incertidumbres sistémicas, en particular las relacionadas con el modelado teórico de la producción y descomposición del bosón W.

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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. Debido a que la resolución de los datos de 2011 era demasiado pobre para verificar el modelo de esta distribución en detalle, los investigadores usaron datos registrados en 2017 durante una carrera especial de protones con poca luz en un centro de energía de masa de 5 electronvoltios. Encontraron que los datos estaban de acuerdo con las distribuciones esperadas, validando así el modelo.

También fue importante medir las funciones de distribución parcial de protones (PDF), que representan el momento relativo de los componentes de quarks y gluones. Los archivos PDF incluyen muchos datos de diferentes experimentos de física de partículas. Desde la medición anterior, estos grupos se han refinado al incluir más datos. Los nuevos valores de medición de ATLAS midieron la dependencia de la masa del bosón W en conjuntos de PDF considerando estas versiones más recientes.

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


acerca de ver el evento En el letrero: muestra un evento candidato W → μν utilizando colisiones protón-protón a 7 TeV desde el centro de masa del LHC. Comenzando en el centro del detector ATLAS, las trayectorias reconstruidas de partículas cargadas en el detector interno (ID) se muestran como líneas cian. Los depósitos de energía en los calorímetros electromagnético (capa verde) y hadrónico (capa roja) se muestran como cuadrados amarillos. El muón seleccionado se muestra con su trayectoria reconstruida (línea azul) pasando por las cámaras de muones (capas azules). El muón tiene un momento transversal pt= 36 GeV, mientras que la energía transversal perdida (flecha roja) es de 35 GeV y corresponde a la energía del neutrino muón. La masa transversal del bosón W es 71 GeV. (Imagen: Colaboración ATLAS/CERN)

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Representación dinámica de un evento candidato W → μν utilizando colisiones protón-protón a 7 TeV de energía del centro de masa en el LHC. Comenzando en el centro del detector ATLAS, las trayectorias reconstruidas de partículas cargadas en el detector interno (ID) se muestran como líneas rojas. Los depósitos de energía en calorímetros se muestran como cuadrados amarillos. El muón identificado se muestra como una línea discontinua roja más larga. El impulso transversal perdido se muestra con una línea discontinua verde.

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