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.

[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 $\boldsymbol{80360 \text{ MeV}}$ con una incertidumbre de $16 \text{ MeV}$.

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

Ayer el CERN publicó medidas de la masa del bosón W realizadas mediante el detector CMS, dice el abstarct:

En el modelo estándar de física de partículas, las masas de los portadores de la interacción débil, los bosones W y Z, están relacionadas de forma única. La física más allá del modelo estándar puede cambiar esta relación a través de los efectos de bucles cuánticos de partículas virtuales, por lo que es de suma importancia medir estas masas con la mayor precisión posible. Si bien la masa del bosón Z se conoce con la notable precisión de casi 20 partes por millón (2 MeV), gracias al programa experimental LEP del CERN, la masa del bosón W se conoce con mucha menos precisión. La precisión actual de un ajuste global a los datos electrodébiles, utilizado para predecir la masa del bosón W en el modelo estándar, produce una incertidumbre de 6 MeV, de modo que alcanzar una precisión experimental comparable sería una prueba sensible y fundamental del modelo estándar. Informamos de la primera medición de la masa del bosón W realizada por la Colaboración CMS en el LHC del CERN, basada en una muestra de datos recopilada en 2016 a la energía de colisión protón-protón de 13 TeV. La masa del bosón W se mide utilizando una muestra de $W \rightarrow \mu \nu$ eventos mediante un ajuste de máxima verosimilitud altamente granular a las distribuciones cinemáticas de los muones hijos, separados por carga eléctrica. Las significativas restricciones in situ de las entradas teóricas y sus correspondientes incertidumbres proporcionadas por este nuevo enfoque, junto con una determinación precisa de los efectos experimentales, conducen a una medición muy precisa de la masa del bosón W, 80360,2 ± 9,9 MeV, de acuerdo con la predicción del modelo estándar.

Notad que estas nuevas medidas de CMS son a partir de colisiones de 13 TeV, mientras que las anteriores de ATLAS que enlaza Weip, son a partir de colisiones a 7 TeV.

Referencia: Measurement of the W boson mass in proton-proton collisions at √s=13 TeV

...Hoy (7 de abril de 2022) 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 $\boldsymbol{7 \sigma}$ 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 $M_W^{\text{SM}}=80,357\pm 6 \text{ MeV}$...

Por lo tanto ATLAS y CMS contradicen a Tevatrón y parece demostrado que esa medida del Tevatrón fue una falsa alarma de nueva Física. El enlace al nuevo artículo de Francis Villatoro sobre el tema en La masa del bosón W medida por CMS del LHC descarta la anomalía a 7 sigmas de CDF II del Tevatron

Saludos.