El bosón W es un poco más pesado de lo que se pensaba

[Weip]

Hoy (7 de abril) se ha publicado en Science un artículo de la colaboración CDF (Tevatrón, Fermilab) donde se explica que han medido la masa del bosón W con una precisión nunca antes alcanzada, cuyo resultado se desvía $7 \sigma$ del modelo estándar. El resultado obtenido es $M_W=80,433.5\pm 9.4 \text{ MeV}$, a comparar con el valor del modelo estándar $M_W^{\text{SM}}=80,357\pm 6 \text{ MeV}$.

Dejo por aquí el link al artículo original, las figuras que aportan son muy ilustrativas del resultado.

Link al artículo: https://www.science.org/doi/10.1126/science.abk1781

Links divulgativos (en inglés, por ahora):
https://www.quantamagazine.org/fermi...odel-20220407/
https://www.scientificamerican.com/a...ns-physicists/
https://phys.org/news/2022-04-precis...-standard.html

Habrá que ver un poco como evoluciona la cosa, la posible explicación podría ser un Higgs compuesto (aunque diría que esos modelos predicen una masa del W un poco más pequeña y no un poco más grande, pero bueno), supersimetría... Habrá que tomarlo con prudencia y ver como va.

Edito: Dejo el link al post de Francis Villatoro sobre el tema:
https://francis.naukas.com/2022/04/0...delo-estandar/

[Alriga]

.. El resultado obtenido es $M_W=80,433.5\pm 9.4 \text{ MeV}$, a comparar con el valor del modelo estándar $M_W^{\text{SM}}=80,357\pm 6 \text{ MeV}$

Gracias Weip , aunque al usar la forma anglo de escribir los números, al principio no lo entendía. Usando la nomenclatura española:

Resultado de las nuevas medidas: 80.433,5 +/- 9,4 MeV, por lo tanto entre 80.424,1 y 84.442,9 MeV

Valor teórico del modelo estándar: 80.357 +/- 6 MeV, por lo tanto entre 80.351 y 80.363 MeV

Es muy interesante, aunque veo que Francis Villatoro se muestra muy escéptico con el resultado de este último estudio: dice, creo que con razón, que esta diferencia tan notable se debería haber notado ya en los experimentos realizados en los que interviene la Física de la interacción electrodébil a lo largo de los últimos 30 años. ¿Será este último resultado una falsa alarma?

Saludos.

[carroza]

Gracias, Weip.

Un poco de contexto para esto.

La masa del W no es simplemente una más de las masas de las 25 partículas del modelo estandar (6 leptones, 6 quarks, 8 gluones, W+, W-, Z, H y fotón).

La masa del W fue la que promovió toda la teoría electrodébil, y la búsqueda del Higgs. En principio, la W es una particula muy similar al fotón, y como él debería tener masa cero, por una simetría interna, llamada la simetría gauge. Su masa proviene de un mecanismo muy especial, que preserva la simetría gauge, en el que la masa surge como un acoplamiento con un campo escalar. Ese mismo mecanismo produce la masa del boson Z.

Basicamente, la masa del W es el producto $g v$, donde g es la constante de acoplo de la interaccion debil, y v es el valor del campo escalar, que viene determinado por la constante de Fermi $G_F$. La masa del Z es el producto $\sqrt{g^2 + g'^2} v$, donde g es la constante anterior y g' es otra constante, asociada a la interacción electrodébil. Ambas constantes, g y g', determinan la constante de acoplo electromagnética, es decir, la carga e de toda la vida $e = {g g' \over \sqrt{g^2 + g'^2} }$. Por tanto, en el orden más bajo, la masa de la W, la masa de la Z, la constante de fermi $G_F$ y la carga eléctrica están intimamente relacionadas. En ordenes superiores, hay que introducir correcciones a esta relación, a través de diagramas de feynmann que implican sobre todo al Higgs y al quark top.

Pequeñas desviaciones de la masa del W con respecto a la combinación prevista de las otras masas y constantes de acoplo pueden ser muy relevantes, ya que nos indican que los términos de acoplamiento con Higgs y quark top pueden ser diferentes de los que se prevé en el modelo estándar.

No obstante, hay que ser cautos con estos resultados. Medir la masa del W no es fácil, ya que el W decae limpiamente en lepton y neutrino, y es muy difícil medir la energía de este ultimo. El W decae también en parejas quark-antiquark, pero estos decaimientos son más "sucios" ya que hay que considerar que los quarks no se detectan directamente, sino en chorros de hadrones. Es mucho más facil medir la masa de la Z, ya que decae limpiamente en una pareja lepton antilepton. Además, si veis el paper de Science, en la figura 5, se muestra otra medidas recientes en ATLAS (en el LHC, CERN), en la que la masa del W está dentro de lo predicho por el modelo estándar.

Saludos

[Weip]

Dejo por aquí el siguiente link de la nueva medida de la masa del bosón W de ATLAS. Finalmente no hay sorpresas: el resultado es compatible con el modelo estándar. Concretamente el resultado que han dado es $80360 \text{ MeV}$ con una incertidumbre de $16 \text{ MeV}$.

Link de la noticia:
https://atlas.cern/Updates/Briefing/...ss-Measurement

[Alriga]

Dejo por aquí el siguiente link de la nueva medida de la masa del bosón W de ATLAS. Finalmente no hay sorpresas: el resultado es compatible con el modelo estándar. Concretamente el resultado que han dado es $80360 \text{ MeV}$ con una incertidumbre de $16 \text{ MeV}$.

Link de la noticia:
https://atlas.cern/Updates/Briefing/...ss-Measurement

Hoy "La ciencia de la mula Francis" ha publicad un artículo sobre el tema ATLAS estima una masa del bosón W compatible con el modelo estándar con el LHC Run 1 a 7 TeV

Dice la presentación del vídeo del CERN de abajo:

Una medición ATLAS mejorada de la masa del bosón W está en línea con el #ModeloEstándar de física de partículas. En su nuevo estudio, @ATLASExperiment volvió a analizar su muestra de bosones W de 2011, mejorando la precisión de su medición anterior. La nueva masa del bosón W, 80360 MeV con una incertidumbre de 16 MeV, es 10 MeV más baja que el resultado anterior de ATLAS y un 16 % más precisa. El resultado está de acuerdo con el Modelo Estándar. Se esperan más mediciones de la masa del bosón W de ATLAS y @CMSExperiment y de @lhcbexperiment2334 , que también pesó recientemente el bosón.

Saludos.