Сильну взаємодію виміряли з рекордною точністю на Великому адронному колайдері

Константу сильного зв'язку виміряли з похибкою менше 1%. Препринт публікації опубліковано на сайті arXiv.

Фізики з колаборації експерименту ATLAS на Великому адронному колайдері (БАК) використовувала Z-бозон, електрично нейтральний носій слабкої взаємодії для визначення константи сильної взаємодії з безпрецедентною невизначеністю нижче 1%.

Сильна взаємодія - одна з чотирьох фундаментальних взаємодій. Воно відповідає за зв'язування кварків у протони, нейтрони та атомні ядра. Хоча ця взаємодія, що переноситься глюонами, є найбільш сильною, що відображено в назві, точність її виміру набагато нижча, ніж у гравітаційного, електромагнітного та слабкого.

У новому дослідженні колаборація ATLAS вивчала Z-бозони, що утворюються в протон-протонних зіткненнях на Великому адронному колайдері при зіткненні енергії 8 ТеВ. Z-бозони зазвичай утворюються в процесі слабкої взаємодії при анігіляції двох кварків в протонах, що стикаються. У цьому процесі сильна взаємодія проявляється через випромінювання анігілюючими кварками глюонів.

Це випромінювання дає Z-бозону "поштовх" поперек осі зіткнення (поперечний імпульс). Розмір цього удару залежить від константи сильного зв'язку. Дослідники використовували точний вимір розподілу поперечних імпульсів Z-бозону та порівняння з точними теоретичними розрахунками цього розподілу для визначення константи сильного зв'язку.

Фізики вивчили відібрані розпади Z-бозону на два лептони (електрони або мюони) та виміряла поперечний імпульс Z-бозону через продукти його розпаду. Порівняння цих вимірювань з теоретичними передбаченнями дозволило дослідникам точно визначити константу сильного зв'язку в масштабі мас Z-бозону, що дорівнює 0,1183±0,0009.

За відносної невизначеності всього 0,8% цей результат — найточніше визначення константи сильної взаємодії в одному експерименті. Більш точний вимір константи сильного зв'язку необхідний підвищення точності теоретичних розрахунків процесів частинок, у яких бере участь сильне взаємодія, відзначають учені.