利用CMS实验对W玻色子质量的高精度测量

在粒子物理标准模型中，弱相互作用的载体W和Z玻色子的质量存在唯一关联。精确测定它们的质量非常重要，因为未被发现的重粒子的量子圈可能改变这种关联。尽管Z玻色子的质量已知精度高达百万分之22（2.0 MeV），但W玻色子的质量已知精度要低得多。对测量到的电弱可观测量进行全局拟合，预测W玻色子质量的不确定度为6 MeV [1$-$3]。达到相当的实验精度将是对标准模型的一个敏感且基本的检验，而最近CDF合作组在费米实验室Tevatron对撞机上的测量结果对全局拟合预测提出了挑战，使得这一检验更加紧迫[4]。本文报告了CMS合作组在CERN LHC上基于2016年质子-质子碰撞能量为13 TeV时收集的大量W $\to$ $\mu\nu$事件样本对W玻色子质量的测量。该测量利用了对W衰变产生的μ子运动学性质的高粒度最大似然拟合。通过将实验效应的精确确定与理论输入显著的原位约束相结合，我们实现了对W玻色子质量的精确测量，结果为80 360.2 $\pm$ 9.9 MeV，与标准模型预测一致。