La collaborazione ATLAS ha pubblicato su European Physical Journal C la prima misura di alta precisione eseguita al Large Hadron Collider (LHC) del CERN della massa del bosone W, scoperto da Carlo Rubbia e Simon van der Meer. Il valore della massa del W (80370±19 MeV), ottenuto dall’esperimento ATLAS in collisioni protone-protone a 7 TeV, è in accordo con le previsioni del Modello Standard delle particelle e con le misure già ottenute al LEP, il grande collisore di elettroni e positroni che ha preceduto LHC al CERN, e al Tevatron, il precedente acceleratore al laboratorio Fermilab negli Stati Uniti.
“La massa del bosone W è stata ricostruita indirettamente tramite le proprietà cinematiche dei suoi prodotti di decadimento: un leptone carico e un neutrino, che secondo la teoria sono dipendenti dal valore della massa del W”, spiega Marina Cobal, coordinatore INFN dell’esperimento ATLAS.
La misura, che conferma le altissime prestazioni di ATLAS, deriva da circa 14 milioni di bosoni W rivelati dall’esperimento in un solo anno, il 2011, quando LHC funzionava all’energia di 7 TeV. La misura si basa su un’accurata calibrazione del rivelatore e sulla modellazione teorica della produzione del bosone W. Queste informazioni sono state ottenute attraverso lo studio di eventi contenenti un bosone Z e diverse altre misurazioni accessorie. Data la complessità dell’analisi, ci sono voluti quasi 5 anni affinché la collaborazione ATLAS riuscisse a raggiungere questo nuovo risultato.
“Ottenere una simile precisione con un solo anno di dati del Run 1 di LHC ci permette di avere fiducia nella nostra capacità di migliorare la conoscenza del Modello Standard e cercare segnali di nuova fisica anche attraverso questo tipo di misurazioni”, sottolinea Cobal.
Il bosone W è una particella elementare che, insieme al bosone Z, è mediatrice dell’interazione debole, una delle quattro forze fondamentali che governano la materia nel nostro universo. È anche una delle particelle più pesanti tra quelle note. La sua scoperta, realizzata da Carlo Rubbia e Simon van der Meer nel 1983 al CERN con l’acceleratore SPS (Super Proton Synchrotron) dove erano installati gli esperimenti UA1 e UA2, ha portato l’anno successivo al premio Nobel per la fisica. Il Modello Standard permette di prevedere la massa del W con una precisione che supera addirittura quella delle attuali misure dirette. Nonostante le proprietà del bosone W siano state studiate per più di 30 anni misurarne la massa con elevata precisione è, infatti, ancora una sfida. Misurare la massa del bosone W è fondamentale, tra le altre cose, per comprendere meglio il bosone di Higgs, perfezionare le misure del Modello Standard e testarne la coerenza complessiva. Ulteriori analisi del grande campione di dati di LHC ad oggi disponibile permetteranno di effettuare questa misurazione con accuratezza e precisione ancora maggiori nel prossimo futuro.
