Hochpräzise Messung der W-Boson-Masse mit dem CMS-Experiment

Zusammenfassung Im Standardmodell der Teilchenphysik sind die Massen der W- und Z-Bosonen, den Trägern der schwachen Wechselwirkung, eindeutig miteinander verknüpft. Eine präzise Bestimmung ihrer Massen ist wichtig, da quantenmechanische Schleifen schwerer, bislang unentdeckter Teilchen diese Beziehung modifizieren könnten. Obwohl die Z-Masse mit einer bemerkenswerten Präzision von 22 Teilen pro Million (2,0 MeV) bekannt ist, ist die W-Masse deutlich weniger genau bestimmt. Eine globale Anpassung an gemessene elektroschwache Observablen sagt die W-Masse mit einer Unsicherheit von 6 MeV voraus 1–3. Das Erreichen einer vergleichbaren experimentellen Präzision wäre ein empfindlicher und grundlegender Test des Standardmodells, der durch eine kürzliche Herausforderung der globalen Anpassung durch eine Messung der CDF-Kollaboration am Fermilab-Tevatron-Kollider 4 noch dringlicher geworden ist. Hier berichten wir über die Messung der W-Masse durch die CMS-Kollaboration am CERN Large Hadron Collider, basierend auf einer großen Datenmenge von W → μν-Ereignissen, die 2016 bei einer Proton-Proton-Kollisionsenergie von 13 TeV gesammelt wurden. Die Messung nutzt eine hochgranulare Maximum-Likelihood-Anpassung der kinematischen Eigenschaften von Myonen, die in W-Zerfällen erzeugt werden. Durch die Kombination einer genauen Bestimmung der experimentellen Effekte mit markanten in situ-Einschränkungen theoretischer Eingaben erreichen wir eine präzise Messung der W-Masse von 80.360,2 ± 9,9 MeV, die mit der Vorhersage des Standardmodells übereinstimmt.