Em um artigo publicado hoje no European Physical Journal C , o ATLAS Collaboration relata a primeira medição de alta precisão no Large Hadron Collider (LHC) da massa do bóson W. Esta é uma das duas partículas elementares que medeiam a interação fraca - uma das forças que governam o comportamento da matéria em nosso universo. O resultado relatado dá um valor de 80370 ± 19 MeV para a massa W, que é consistente com a expectativa do Modelo Padrão de Física de Partículas, a teoria que descreve partículas conhecidas e suas interações.

A medição é baseada em cerca de 14 milhões de bósons W registrados em um único ano (2011), quando o LHC estava funcionando com a energia de 7 TeV. Corresponde às medições anteriores obtidas no LEP, o ancestral do LHC no CERN, e no Tevatron, um ex-acelerador do Fermilab nos Estados Unidos, cujos dados permitiram refinar continuamente esta medição ao longo dos últimos 20 anos.

O bóson W é uma das partículas conhecidas mais pesadas do universo. Sua descoberta em 1983 coroou o sucesso do Síncrotron Super próton-antipróton do CERN, levando ao Prêmio Nobel de Física em 1984. Embora as propriedades do bóson W tenham sido estudadas por mais de 30 anos, medir sua massa com alta precisão continua sendo um grande desafio.

"Alcançar uma medição tão precisa, apesar das condições exigentes presentes em um colisor de hadron, como o LHC, é um grande desafio, "disse o coordenador de física da Colaboração ATLAS, Tancredi Carli. "Alcançando precisão semelhante, como obtido anteriormente em outros colisões, com apenas um ano de execução 1, os dados são notáveis. É uma indicação extremamente promissora de nossa capacidade de melhorar nosso conhecimento do Modelo Padrão e procurar por sinais de nova física por meio de medições altamente precisas. "

O Modelo Padrão é muito poderoso para prever o comportamento e certas características das partículas elementares e torna possível deduzir certos parâmetros de outras quantidades bem conhecidas. As massas do bóson W, o quark top e o bóson de Higgs, por exemplo, estão ligados por relações da física quântica. Portanto, é muito importante melhorar a precisão das medições de massa do bóson W para entender melhor o bóson de Higgs, refine o modelo padrão e teste sua consistência geral.

Notavelmente, a massa do bóson W pode ser prevista hoje com uma precisão que excede a das medições diretas. É por isso que é um ingrediente chave na busca por uma nova física, como qualquer desvio da massa medida da previsão poderia revelar novos fenômenos em conflito com o modelo padrão.

A medição depende de uma calibração completa do detector e da modelagem teórica da produção do bóson W. Estes foram alcançados através do estudo dos eventos do bóson Z e várias outras medições auxiliares. A complexidade da análise significou que levou quase cinco anos para a equipe ATLAS alcançar este novo resultado. Uma análise mais aprofundada com a grande amostra de dados do LHC agora disponíveis, permitirá uma precisão ainda maior no futuro próximo.