清华大学、南京师范大学、中科院高能所、北京大学联合主办“W质量研讨会”

北京时间2022年4月8日凌晨,美国费米实验室CDF国际合作组联络全球媒体同步发布了W玻色子质量测量的迄今最精确结果,比“粒子物理标准模型”的预期值偏高七个标准偏差。该研究成果以封面文章发表在4月8日《科学(Science)》杂志正刊上。如果这一结果得到最终确认,将预示着物理学的最基本理论之一“粒子物理标准模型”理论需要被修改或扩展[1]。

为了促进中国物理同行之间以及与国际同行的学术交流,清华大学、南京师范大学、中科院高能物理研究所、北京大学联合发起并主办了本次“W质量研讨会”。4月14日,来自国内外近百所高校和研究所的专家及学者约500人线上线下参加了会议,同时间段有近7000人次通过高能所视频号和蔻享学术等平台观看了直播。中国物理学会高能物理分会副主任、北京大学核物理与核技术国家重点实验室主任、北京大学物理学院院长高原宁院士,北京大学赵光达院士,中科院理论物理研究所张肇西院士,美国匹兹堡大学粒子物理天体物理宇宙学中心主任、美国物理学会“粒子物理与场论”分部主席韩涛教授,中科院高能所研究员Joao Guimaraes da Costa等参加了会议和讨论。

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南京师范大学教授、清华大学访问教授易凯在清华物理系郑裕彤大讲堂主持了会议的实验部分。CDF合作组该研究负责人美国杜克大学教授Ashutosh V. Kotwal受邀代表CDF合作组详细介绍了W玻色子质量测量细节。南京师范大学教授肖振军主持了韩涛教授的理论专题报告,韩涛从电弱理论的整体拟合、强子对撞机上利用横质量测量W质量的方法、以及超越标准模型的新物理三个方面提出了对W质量测量的理论解读。

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清华大学高能物理研究中心主任、物理系粒子物理核物理天体物理研究所所长王青主持了讨论环节,张肇西院士、赵光达院士、韩涛教授、何小刚教授等国内外专家学者们发表了对W质量偏离标准模型的看法,深入探讨了该实验测量的可靠性和其对物理学发展的重要意义。鉴于与会者们参与讨论的热情,原计划上午11:30结束的会议,一直进行到下午1:15分。

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中科院高能所研究员、清华物理系系友阮曼奇主持了未来加速器研讨环节,高能所研究员李刚、段哲、中山大学黄永胜教授报告了环形正负电子对撞机(CEPC)预研进展和其对W质量测量的预期。清华大学物理系陈新、胡震主持了其他对撞机实验环节。除CDF实验之外,欧洲核子中心(CERN)的大型强子对撞机(LHC)上的多个实验、美国费米实验室的D0实验都做过W玻色子的质量测量和其他性质研究。各实验的参会者(CMS实验-北京大学李强、LHCb实验-华中师范大学尹航、ATLAS实验-美国密歇根大学徐泰然、D0实验-华南师范大学李衡讷等)在研讨会上报告了W粒子研究的现状和未来。高原宁院士做了精彩的大会总结报告。

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[1]粒子物理标准模型理论描述了组成所有物质的61种基本粒子,也阐释了它们之间的三种基本相互作用(电磁力、弱力和强力),是物理学最基本的理论之一。W玻色子的质量是标准模型的一个重要参数,对其数值的精确测量一直是检验标准模型和探测新物理的重要手段之一。CDF合作组利用其Run II期间收集的所有数据对W玻色子的质量进行了目前世界上最为精确的测量,总误差在世界上首次达到了个位数——9 MeV,测量精度达到了0.01%,超越了之前任何一个实验的精度,也超越了之前所有试验结果的加权综合精度,对标准模型的检验达到了一个新的里程碑。在这样的精度下,CDF合作组测量的W玻色子质量比标准模型的计算值高了七个标准偏差(包括实验和理论误差),挑战目前的标准模型。