“Het heeft heel wat bloed, zweet en tranen gekost om de detector te begrijpen op het niveau dat deze meting vereist, maar het is het zeker waard en belooft ook nog wat voor de toekomst”, zegt Sijbrand de Jong bij Fermilab. De Jong is de leider van de Nederlandse groep in DZero, één van de twee grote experimenten bij superversneller Tevatron. Bij het DZero experiment is de meest precieze meting van het W-boson in een meting ooit gedaan. Gecombineerd met de vorige metingen kan daarmee de massa van dat deeltje met een heel hoge precisie worden vastgesteld.

Het W-boson is het uitwisselingsdeeltje dat hoort bij de zwakke kernkracht en heeft een sleutelpositie in het standaardmodel van de elementaire deeltjesfysica. Het deeltje, dat circa 85 keer de massa van een waterstofmolecuul heeft, maakt radioactief bètaverval mogelijk en zorgt er daarmee bijvoorbeeld voor dat de zon schijnt.

Precisiemetingen van de W-massa beperken de mogelijkheden voor de massa van het Higgsboson en mogelijke andere, nog onbekende, deeltjes. Het standaardmodel voorspelt het bestaan van het Higgsboson, dat aan de oorspong ligt van de massa van elementaire deeltjes. Door middel van subtiele quantumcorrecties heeft de massa van het Higgsboson in theoretische berekeningen invloed op de massa van het W-boson en het top quark. Door nauwkeurige meting van de massa van het W-boson kan op deze manier informatie worden verkregen over de massa van het Higgsdeeltje. Verder informatie over het Higgsdeeltje kan worden verkregen via de massa van het top quark dat in 1995 op Fermilab is ontdekt.

Precisieproject

“Dit is een van de meest uitdagende precisiemetingen bij het Tevatron,” zegt Dzero-woordvoerder Dmitri Denisov. “Het heeft vele jaren inspanning gekost van ons samenwerkingsverband om de 5.500 ton wegende detector te bouwen, de gegevens te verzamelen en reconstrueren, om tot slot deze complexe analyse uit te voeren en zo onze kennis van deze fundamentele parameter van het standaardmodel te verbeteren.”

Wetenschappers die aan het Dzero-experiment werken hebben nu de W-bosonmassa gemeten met een nauwkeurigheid van 0.05 procent. The massa is door DZero bepaald op 80.401 GeV/c², in meer dagelijkse eenheden 1.43328×10^-28 kg. De fysici presenteerden dit resultaat afgelopen zondag op de jaarlijkse conferentie over elektrozwakke interacties en geünificeerde theorieën die bekend staat als de Rencontres de Moriond.

Monnikenwerk

Het Dzero-team bepaalde de W-massa door het verval van het W-boson in elektron en elektronneutrino te bekijken. Voor deze meting was het nodig om de Dzero-detector te ijken met een nauwkeurigheid van 0.03 procent, een monnikenwerk dat een grote groep wetenschappers, inclusief veel studenten en promovendi, enkele jaren heeft gekost.

Door de nieuwe vaststelling van de massa van het W-boson kunnen ook de massagrenzen van het gerelateerde Higgs-deeltje scherp worden bijgesteld. Eerdere experimenten voorspelden dat de Higgs massa tussen de 114 en 185 GeV/c² (203×10^-27 en 330×10^-27kg) zou moeten liggen. De nieuwe resultaten vlakken een stuk in het midden van dit gebied uit en geven aan dat de massa niet tussen de 160 en 170 GeV/c² kan zijn. “Het net rond de Higgs sluit zich bij het Tevatron. Er is een goede kans dat we daar een glimps van dit illustere deeltje zien voor het bij de LHC van alle kanten geanalyseerd zal worden. We zijn nog in de race en de Nederlandse ploeg blaast zijn partij stevig mee,” zegt Sijbrand de Jong.

De W-massameting is een van de belangrijkste nieuwe resultaten van het Dzero-experiment deze maand. Hoewel het experiment al sinds 1992 loopt, is de opbrengst ervan nog onverminderd groot – en het aantal botsingen per seconde stijgt nog steeds. In het afgelopen jaar hebben de wetenschappers die aan Dzero werken 46 wetenschappelijke artikelen gepubliceerd die gebaseerd zijn op hun metingen.