Elementarphysik: Das W-Boson stellt das Standardmodell doch nicht infrage
Vor zwei Jahren überraschten Wissenschaftler aus den USA damit, dass die Masse des W-Bosons nicht im Einklang mit dem Standardmodell der Physik ist. In einer neuen Messung wurde das revidiert.
Die CMS-Kollaboration am Cern hat dafür die Daten der Protonenkollisionen ausgewertet, die während des zweiten Laufs des Large Hadron Colliders (LHC) zwischen 2015 und 2018 gesammelt wurden. Danach beträgt die Masse des W-Bosons 80.360,2 Megaelektronenvolt (MeV) mit einer Unsicherheit von 9,9 MeV.
Das Ergebnis sei "die präziseste Messung der W-Masse bisher am LHC" , teilte das Cern mit(öffnet im neuen Fenster) . Es stimme sowohl mit der Vorhersage des Standardmodells der Teilchenphysik, nach dem die Masse 80.357 MeV (+/- 6 MeV) betragen soll, als auch mit fast allen früheren Messungen überein.
Die Messung aus den USA war eine Ausnahme
Eine Ausnahme stellt demnach die Messung der Kollaboration des Collider Detector at Fermilab (CDF) am Fermi National Accelerator Laboratory(öffnet im neuen Fenster) des US-Energieministeriums dar. Das Team hatte Kollisionsdaten, die zwischen 1985 und 2011 gesammelt worden waren, ausgewertet und hatte die Masse des Teilchens auf 80.433 MeV (+/- 9 MeV) beziffert.
Dieser Wert unterscheidet sich stark von der Vorhersage des Standardmodells. Er habe das W-Boson 40 Jahre nach seiner Entdeckung "in eine Midlife-Crisis gestürzt" , schrieb das Fachmagazin Cern Courier(öffnet im neuen Fenster) im vergangenen Jahr.
Das W-Boson(öffnet im neuen Fenster) ist ein Elementarteilchen, das die schwache Wechselwirkung vermittelt. Es wurde in den 1960er Jahren theoretisch vorhergesagt und 1983 experimentell am Cern nachgewiesen. Die am LHC erzeugten W-Bosonen zerfallen sehr schnell in ein Myon und ein Neutrino. Erstere können vom CMS-Detektor nachgewiesen werden, letztere jedoch nicht. Das macht diese Messung so kompliziert. An der Entwicklung der neuen Messmethode, die dabei zum Einsatz kam, waren Wissenschaftler des Deutschen Elektronen-Synchrotons (Desy) entscheidend beteiligt.
"Nach sorgfältiger Analyse der 2016 gesammelten Daten und der Durchführung aller Gegenkontrollen ist das CMS-W-Massenergebnis fertig" , sagte CMS-Sprecherin Patricia McBride. "Diese Analyse ist der erste Versuch, die W-Masse unter den anspruchsvollen Kollisionsbedingungen des zweiten LHC-Laufs zu messen. Die harte Arbeit des Teams hat zu einer äußerst präzisen Messung der W-Masse und der genauesten Messung am LHC geführt."