“最精确的测量”

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“我们知道，W玻色子的质量十分重要，因为其直接影响了原子核弱衰变，以及太阳中轻核聚变的速率。如果其质量远轻于80倍的质子质量，那么太阳的寿命就会比现在短很多，甚至可能已燃烧殆尽。”于江浩表示。

W玻色子的质量精度是如何一步步提高的？

1983年，研究人员在欧洲核子中心的SPS质子反质子对撞机上发现了W玻色子，第一次测量显示其质量为80.4GeV（10亿电子伏特）左右，误差为0.8。美国费米实验室的Tevatron质子反质子对撞机基于部分结果数据，在2012年公布结果，误差为0.016。从上世纪90年代开始，欧洲核子中心的大型正负电子对撞机持续改进W玻色子的质量测量精度，在2013年将误差缩至0.033。2010年以来，欧洲核子中心的大型强子对撞机实验持续开展W玻色子的质量测量工作，但精度提高得并不多。

“W玻色子的质量精确测量是所有对撞机实验上的旗舰式课题, 需要对探测器、物理对象重建、软件计算、理论预言等有很深刻的理解和掌控。”李强表示。

直到近日，美国费米实验室CDF合作组分析了对撞机在2002年至2011年间第二轮运行时的所有数据，得到了W玻色子质量目前最精确的测量（80.4335 +- 0.0094 GeV），其精度达到了前所未有的0.01%。

“这是非常精确的结果。”于江浩介绍，需要对实验误差（比如丢失能量等的测量精度）进行进一步控制，同时大大降低部分子分布函数的误差等——这直接影响横向动量的分布——计算到很高的精度，这些CDF都做到了。

于江浩进一步表示，虽然此次测量结果与2012年的测量结果相比偏离不大，但是由于误差的极大压低，测量的结果比标准模型的预期结果（80.357 +- 0.006 GeV）偏离高了7个标准偏差。

“在粒子物理领域，通常高于5个标准偏差就意味着确信和现有理论不符合，这是这个实验结果让很多人激动的原因。”于江浩说。

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