CERN の物理学者が標準モデルの主要パラメータの 1 つを測定

CERN の大型ハドロン衝突型加速器 (LHC) の CMS コラボレーションの物理学者は、有効なレプトニック電弱混合角度の測定に成功しました。 その結果は年次総会で発表されました。 モリオンド会議のミーティングは、これまでにハドロン衝突型加速器で行われた最も正確な測定であり、素粒子物理学の標準モデルからの予測とよく一致しています。

標準モデルは、粒子とその相互作用をこれまでで最も正確に記述したものです。

パラメータの正確な測定と正確な理論的計算を組み合わせることで、現象を直接観察する前でも特定できる驚異的な予測力が得られます。

このようにして、モデルは W 粒子と Z 粒子、トップクォーク、そして最近ではヒッグス粒子の質量を制限することに成功しました。

これらの粒子が発見されると、これらの予測はモデルの整合性チェックとなり、物理学者は理論の妥当性の限界を探索できるようになります。

同時に、これらの粒子の特性の精密測定は、標準モデルを超えた新しい現象、いわゆる「新しい物理学」を探索するための強力なツールとなります。新しい現象は、さまざまな測定量と計算量の間の不一致として現れるためです。 。

電弱混合角度は、これらの一貫性チェックの重要な要素です。 これは標準モデルの基本的なパラメーターであり、統一された電弱相互作用が、電弱対称性の破れとして知られるプロセスを通じて電磁相互作用と弱い相互作用をどのように引き起こしたかを決定します。

同時に、弱い相互作用を伝達する W ボソンと Z ボソンの質量を数学的に結び付けます。

したがって、W、Z、または混合角度の測定は、モデルの優れた実験的クロスチェックを提供します。

弱い混合角の最も正確な 2 つの測定は、CERN の LEP 衝突型加速器での実験と、スタンフォード線形加速器センター (SLAC) での SLD 実験によって行われました。

これらの値は互いに一致しないため、10 年以上にわたって物理学者を困惑させてきました。

新しい結果は標準モデルの予測とよく一致しており、標準モデルの予測と LEP および SLD の測定値との間の不一致を解決するための一歩となります。

「この結果は、ハドロン衝突型加速器で精密物理学を実行できることを示しています」とCMSコラボレーションの広報担当者パトリシア・マクブライド博士は述べた。

「解析では、平均 35 回の陽子同士の同時衝突という LHC ラン 2 の困難な環境に対処する必要がありました。」

「これにより、高輝度LHCでは5倍以上の陽子対が同時に衝突する、より高精度な物理学への道が開かれます。」

標準模型パラメータの精密試験は、現在 LHC が収容されているトンネル内で 2000 年まで運用されていた CERN の LEP などの電子陽電子衝突型加速器の遺産です。

電子陽電子衝突は、このような高精度の測定に最適なクリーンな環境を提供します。

ATLAS、CMS、LHCbの実験によってすでに多数の新しい超高精度の測定結果が得られているにもかかわらず、LHCにおける陽子と陽子の衝突は、この種の研究にとってより困難です。

この課題は主に、研究対象以外の物理プロセスからの膨大な背景と、電子とは異なり陽子は素粒子ではないという事実によるものです。

新しい結果では、電子陽電子衝突型加速器と同様の精度に達することは不可能に思えましたが、現在ではそれが達成されています。

CMS 物理学者が発表した測定では、2016 年から 2018 年に質量中心エネルギー 13 TeV、総積分光度 137 fb で収集された陽子-陽子衝突のサンプルが使用されています。⁻¹、つまり約 110 億回の衝突です。

「混合角度は、電子またはミューオンの対が生成される衝突における角度分布の分析を通じて得られます」と研究者らは述べた。

「これは、これまでにハドロン衝突型加速器で行われた最も正確な測定であり、ATLAS、CMS、LHCb による以前の測定を改善しています。」