CERN的CMS实验测量了标准模型的关键参数

上周，在年度RencontresdeMoriond会议上，CMS合作组织提出了有效轻子电弱混合角的测量方法。该结果是迄今为止在强子对撞机上进行的最精确的测量，并且与标准模型的预测非常一致。

粒子物理学的标准模型是迄今为止对粒子及其相互作用最精确的描述。对其参数的精确测量与精确的理论计算相结合，产生了惊人的预测能力，甚至可以在直接观察到现象之前就对其进行确定。

通过这种方式，该模型成功约束了W和Z玻色子(1983年在CERN发现)、顶夸克(1995年在费米实验室发现)以及最近的希格斯玻色子(2012年在CERN发现)的质量)。一旦发现这些粒子，这些预测就成为模型的一致性检查，使物理学家能够探索该理论有效性的极限。

与此同时，对这些粒子特性的精确测量是寻找标准模型之外的新现象(即所谓的“新物理学”)的有力工具，因为新现象会表现为各种测量量和计算量之间的差异。

电弱混合角是这些一致性检查的关键要素。它是标准模型的基本参数，确定统一的电弱相互作用如何通过称为电弱对称性破缺的过程产生电磁和弱相互作用。同时，它在数学上将传递弱相互作用的W和Z玻色子的质量联系在一起。因此，W、Z或混合角的测量可以为模型提供良好的实验交叉检查。

弱混合角的两个最精确的测量是通过CERNLEP对撞机的实验和斯坦福线性加速器中心(SLAC)的SLD实验进行的。这些价值观彼此不一致，这让物理学家困惑了十多年。新结果与标准模型预测非常一致，并且是朝着解决后者与LEP和SLD测量之间的差异迈出的一步。

CMS发言人帕特里夏·麦克布莱德(PatriciaMcBride)表示：“这一结果表明，可以在强子对撞机上进行精密物理学研究。”“分析必须应对大型强子对撞机运行2的挑战性环境，平均有35次同时发生的质子-质子碰撞。这为高光度大型强子对撞机中更精确的物理铺平了道路，其中五倍的质子对将同时碰撞”。

标准模型参数的精确测试是电子-正电子对撞机的遗产，例如CERN的LEP，它在现在大型强子对撞机所在的隧道中一直运行到2000年。正负电子碰撞为这种高精度测量提供了完美的清洁环境。

尽管ATLAS、CMS和LHCb实验已经提供了大量新的超精密测量结果，但大型强子对撞机中的质子-质子碰撞对于此类研究更具挑战性。这一挑战主要是由于除正在研究的物理过程之外的其他物理过程的巨大背景，以及质子与电子不同，不是基本粒子这一事实。

对于这个新结果来说，达到与正负电子对撞机类似的精度似乎是一项不可能完成的任务，但现在已经实现了。

CMS提出的测量结果使用了2016年至2018年收集的质子-质子碰撞样本，质心能量为13TeV，对应的总积分光度为137fb-1，这意味着约110亿次碰撞。

混合角是通过分析产生电子对或μ介子的碰撞中的角分布来获得的。这是迄今为止在强子对撞机上进行的最精确的测量，改进了ATLAS、CMS和LHCb之前的测量结果。