Z-бозон — элементарная частица, один из медиаторов слабого ядерного взаимодействия, которое управляет некоторыми видами радиоактивного распада. Его масса около 91 ГэВ — важный параметр для проверки точности Стандартной модели физики частиц.

Коллаборация LHCb на Большом адронном коллайдере впервые специально сосредоточилась на измерении массы Z-бозона. Для этого коллаборация сосредоточилась на столкновениях протонов с энергией 13 ТэВ: учёные зафиксировали около 174 тысяч случаев распада Z-бозона на два мюона в наблюдениях 2016 года.

Изучались случаи, когда Z-бозон распадается на пару мюонов. Экспериментальные данные сравнивались с смоделированными распределениями, учитывающими эффекты работы детектора и систему возможных ошибок.

Одной из сложнейших задач стала точная калибровка измерения импульсов мюонов. Для этого использовали распады других частиц, что позволило свести к минимуму систематические погрешности.

В итоге была получена масса Z-бозона равная 91184,2 ± 8,5 (стат.) ± 3,8 (сист.) МэВ, что сравнимо по точности с результатами, полученными на более ранних ускорителях, таких как LEP в CERN и Теватрон в США и совпадает с прогнозами Стандартной модели.   

Высокая точность измерений подтверждает способность LHCb справляться с более сложной и «шумной» средой протон-протонных столкновений, где образуется множество частиц и сложно выделять нужные события.

Дальнейшие исследования на обновлённом High-Luminosity LHC (ускорителе с гораздо большей мощностью и интенсивностью столкновений, планируемом к запуску в ближайшие годы) позволят повысить точность измерений и расширить возможности поиска новых физических явлений.

По словам представителя LHCb, Винченцо Ваньони, такие работы закладывают фундамент для будущих коллайдеров, которые смогут ещё точнее исследовать свойства фундаментальных частиц и лучше понять строение Вселенной.