En un artículo publicado hoy en Revista Física Europea C , ATLAS Collaboration informa sobre la primera medición de alta precisión en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) de la masa del bosón W. Esta es una de las dos partículas elementales que median la interacción débil, una de las fuerzas que gobiernan el comportamiento de la materia en nuestro universo. El resultado informado da un valor de 80370 ± 19 MeV para la masa W, que es consistente con la expectativa del Modelo Estándar de Física de Partículas, la teoría que describe las partículas conocidas y sus interacciones.

La medición se basa en alrededor de 14 millones de bosones W registrados en un solo año (2011), cuando el LHC funcionaba con una energía de 7 TeV. Coincide con las mediciones anteriores obtenidas en LEP, el antepasado del LHC en el CERN, y en el Tevatron, un ex acelerador de Fermilab en los Estados Unidos, cuyos datos permitieron perfeccionar continuamente esta medición durante los últimos 20 años.

El bosón W es una de las partículas conocidas más pesadas del universo. Su descubrimiento en 1983 coronó el éxito del Sincrotrón Super protón-antiprotón del CERN, lo que llevó al Premio Nobel de Física en 1984. Aunque las propiedades del bosón W se han estudiado durante más de 30 años, medir su masa con alta precisión sigue siendo un gran desafío.

"Lograr una medición tan precisa a pesar de las exigentes condiciones presentes en un colisionador de hadrones como el LHC es un gran desafío, "dijo el coordinador de física de la Colaboración ATLAS, Tancredi Carli. "Alcanzando una precisión similar, como se obtuvo previamente en otros colisionadores, con solo un año de datos de la Ejecución 1 es notable. Es una indicación extremadamente prometedora de nuestra capacidad para mejorar nuestro conocimiento del Modelo Estándar y buscar signos de nueva física a través de mediciones de alta precisión ".

El Modelo Estándar es muy poderoso para predecir el comportamiento y ciertas características de las partículas elementales y permite deducir ciertos parámetros de otras cantidades conocidas. Las masas del bosón W, el quark top y el bosón de Higgs, por ejemplo, están vinculados por relaciones de física cuántica. Por lo tanto, es muy importante mejorar la precisión de las mediciones de masa del bosón W para comprender mejor el bosón de Higgs, refinar el modelo estándar y probar su consistencia general.

Notablemente, la masa del bosón W se puede predecir hoy con una precisión superior a la de las mediciones directas. Por eso es un ingrediente clave en la búsqueda de nueva física, ya que cualquier desviación de la masa medida de la predicción podría revelar nuevos fenómenos en conflicto con el Modelo Estándar.

La medición se basa en una calibración minuciosa del detector y del modelado teórico de la producción del bosón W. Estos se lograron mediante el estudio de los eventos del bosón Z y varias otras mediciones auxiliares. La complejidad del análisis significó que el equipo de ATLAS tardó casi cinco años en lograr este nuevo resultado. Análisis adicional con la enorme muestra de datos del LHC ahora disponibles, permitirá una precisión aún mayor en un futuro próximo.