对W玻色子质量进行最精确的测量

近日，在欧洲核子研究中心（CERN）举行的研讨会上，紧凑型缪子螺线管探测器（CMS）合作组报告称，其在大型强子对撞机（LHC）上对W玻色子质量进行了迄今为止同类实验中最精确的测量，结果为80360.2±9.9MeV。这一数值与粒子物理学标准模型高度一致。

W玻色子是一种基本粒子，与Z玻色子一起介导弱相互作用力。这种力是导致一种放射性现象的原因，并主导了为太阳提供能量的核聚变反应。W玻色子于1983年在CERN被发现，但即便在40年后的今天，其质量的测量仍极具挑战性。W玻色子质量是标准模型基本参数的关键预测之一，因此也是对该模型本身极其重要的检验。

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CMS候选碰撞事件，其中W玻色子衰变为μ子（红线）和逃脱探测的中微子（粉色箭头）。

在CMS探测器中心产生的W玻色子几乎会瞬间衰变成μ子和中微子。μ子能被CMS探测器探测到，但难以捉摸的中微子则会逃逸而无法被探测。如果μ子和中微子都能被探测到，那么W玻色子的质量就可以像测量希格斯玻色子那样，直接从粒子的能量和飞行方向中测量出来。为了应对这一挑战，研究人员利用了著名的质量与能量关系方程E=mc2：质量越大，μ子的能量和动量就越大。因此，通过研究μ子的动量，研究团队以极高的精度推断出了W玻色子的质量。

为了这项研究，研究人员开发了一种专用的高性能运动学重建算法。此外，他们还采用了最清晰的理论输入和最新的实验技术，进行了多项辅助研究来测试这些要素。

两年前，美国能源部费米国家加速器实验室对撞机探测器（CDF）合作项目的科学家报告了对W玻色子质量的测定结果，其精确度达到了千分之一以下。该结果显著偏离了标准模型的预测以及CERN其他测量的平均值。而此次备受期待的CMS结果不仅与CDF结果的精确度相当，而且强烈支持标准模型的值，进一步增强了当前模型的可信度。