美國能源部費米國家加速器實驗室對撞機探測器(CDF)合作項目的科學家7日宣布，他們實現了迄今為止對W玻色子質量的最精確測量。經過十年的研究整理，杜克大學的粒子物理學家Ashutosh Kotwal和其他397名合作者利用費米實驗室CDF收集的數據，以0.01%的精度確定了W玻色子的質量為80，443.5兆電子伏特，是質子的86倍。而這一結果比標準模型預測值高七個標準差。

(在費米國家加速器實驗室的對撞機探測器的中心，質子和反質子會碰撞產生短暫的奇異粒子。圖：賴達·哈恩/費米實驗室)

在物理學中，W及Z玻色子(boson)是負責傳遞弱核力的基本粒子。它們是1983年在歐洲核子研究組織發現的，被認為是粒子物理標準模型的一大勝利。標準模型包括三代輕子和三代夸克，以及傳遞相互作用的光子、膠子、W、Z玻色子和已被實驗發現的產生所有粒子質量的希格斯粒子，于2012年完成。標準模型對粒子的質量有嚴格的限制。

而此次費米實驗室發表的研究結果顯示了科學家在標準模型的背景下使用實驗和理論輸入獲得的值之間的差異。如果能夠確定，也許物理學標準模型需要改進標準模型計算或擴展模型。

研究團隊團隊使用費米實驗室Tevatron對撞機上的CDF II探測器在1.96萬億電子伏特質心能量的質子-反質子碰撞中收集的對應于8.8逆飛秒積分光度的數據。在2002年至2011年間觀測到的大約450萬億次碰撞中，只有大約400萬次碰撞產生了足夠高質量的W玻色子數據。根據這些數據，研究人員估計W玻色子的新質量測量值為80,433.5±9.4 MeV/c2，與之前的測量值相比和標準模型所建議的質量相差甚遠。

費米實驗室副主任喬·萊肯說：“雖然這是一個有趣的結果，但測量結果需要通過另一個實驗來確認，然后才能完全解釋。”

相關論文“High-precision measurement of the W boson mass with the CDF II detector”于2022年4月7日發表于《Science(科學)》雜志。

關鍵詞： 標準模型 研究結果 迄今為止