결국 W 보손은 예상보다 무겁지 않을 수 있습니다.

감지하기 어려운 입자의 무게를 둘러싼 전쟁이 가열되고 있습니다. 무엇이 위험합니까? 우주에서 알려진 모든 물질을 설명하는 유일한 이론입니다.

기본 입자인 W 보손의 질량 재계산은 경쟁 입자 충돌기 실험에서 측정 사이의 장력을 증가시켰습니다. 궁극적인 결과는 우주에서 우리가 보는 모든 것을 구성하는 근본적인 힘과 양자 비트를 설명하는 입자 물리학의 표준 모델을 강화할 수 있습니다. 또는 어느 연구실의 답이 우세한가에 따라 표준 모델의 고장 징후를 드러낼 수도 있습니다.

Large Hadron Collider의 ATLAS 실험에서 얻은 오래된 데이터를 재분석하면 약 803억 6000만 전자 볼트(MeV)의 W 보손 질량이 산출됩니다. 제네바에 있는 CERN의 실험 연구원들은 3월 23일 이탈리아 La Thuile에서 열린 Rencontres de Moriond 회의에서 측정 결과를 보고했습니다. 수정된 값은 표준 모델의 예측과 밀접하게 일치합니다.

또한 2018년에 보고한 데이터에 대한 연구원의 이전 분석에서 불확실성이 감소하여 질량을 올바르게 얻었다는 자신감을 높였습니다.

그러나 업데이트된 질량은 다른 그룹의 질량과 상충됩니다. 2022년 Fermilab(Fermilab, CDF)의 Collider Detector 과학자들은 예상보다 약 100MeV 더 무거운 80,434MeV를 측정하여 물리학계에 충격을 주었습니다. CDF 보고서가 정확하다면 지난 50년 동안 모든 실험적 도전에 직면하여 인내해 온 표준 모델에 문제가 있음을 의미합니다.

W 보손은 표준 모델의 세 가지 기본 힘 중 하나인 약한 힘을 담당합니다. 그리고 “표준 모델에서 계산할 수 있는 유일한 입자 질량”이라고 독일 칼스루에 공과 대학의 이론 물리학자 Sven Heinemeyer는 말합니다. 즉, 표준 모델 이론은 W 보손에 대한 특정 질량을 산출하는 반면 전자 및 쿼크와 같은 다른 입자의 질량은 입력값이며 이론에 관한 한 모든 값이 될 수 있습니다. 표준 모델 예측과 다른 W 보손 질량을 찾는 것은 현재 이론이 틀렸다는 것을 보여줄 것입니다.

ATLAS 재분석은 동일한 데이터에 대한 이전 ATLAS 분석보다 CDF 주장에 대해 더 강력한 대위법을 제공합니다. CERN의 물리학자인 Andreas Hoecker는 “새로운 분석은 이전 결과에 대한 중요한 확인입니다.”라고 말했습니다.

최신 ATLAS 값은 CDF의 질량 측정을 다른 연구 무리와 구분하는 간격을 넓힙니다. 그러나 그것이 CDF의 표준 모델 도전을 지우는 것으로 보여서는 안 된다고 CDF 협력의 일원인 듀크 대학의 물리학자 Ashutosh Kotwal은 말합니다.

“CDF[2022년 무거운 W 보손 발표]에 대한 관점은 ATLAS 재분석 때문에 바뀌지 않습니다.”라고 Kotwal은 말합니다. 재분석은 ATLAS가 이미 2017년에 발표한 데이터를 기반으로 하기 때문에 “ATLAS가 이전과 유사한 가치를 얻을 수 있다는 사실을 예상할 수 있습니다.”라고 그는 말합니다.

ATLAS 또는 CDF와 제휴하지 않은 Heinemeyer는 W 보손 질량 지형의 변화를 보지만 불일치가 해결될 조짐은 보이지 않습니다.

Heinemeyer는 “하나의 새로운 측정만으로는 충분하지 않습니다.”라고 말합니다. “지금 ATLAS 및 [다른 실험]에서 점점 더 많은 측정치가 나오고 모두 같은 야구장에 있으면 어느 시점에서 커뮤니티는 CDF가 뭔가 잘못했다고 결정할 것입니다.”

W boson 질량에 대한 다음 단어는 아마도 ATLAS 및 CERN의 다른 실험에서 보류 중인 연구와 함께 올 것입니다. CDF 실험은 2011년에 종료되었으므로 더 이상 논쟁에 기여하지 않을 것입니다.

그동안 연구원들은 W 보손 질량 측정의 불일치를 설명하는 데 도움이 될 수 있는 단서를 찾기 위해 서로의 분석을 면밀히 조사하기를 희망합니다. Kotwal은 “CDF 2022년 4월 논문은 CDF 방법론에 대한 여러 교차 확인을 제공하며 투명합니다.”라고 말합니다. “ATLAS 방법론에 대한 자세한 논의를 기대합니다.”

결국 갈등은 표준 모델에 새로운 균열을 드러낼 수 있습니다. 아니면 역사상 가장 성공적인 이론 중 하나가 굳건히 서 있는 또 다른 예가 될 수도 있습니다.