L'expérience du LHCB a fait un saut en physique de précision au grand collisionneur de hadrons (LHC). Dans un nouvel article soumis à Lettres d'examen physique et actuellement disponible sur le arxiv Preprint Server, la collaboration LHCB rapporte la première mesure dédiée de la masse du boson Z au LHC, en utilisant les données des collisions à haute énergie entre les protons enregistrés en 2016 lors de la deuxième série du collision.
Le boson Z est une particule massive et neutre électriquement qui intervient dans la faible force nucléaire – l'une des forces fondamentales de la nature. Avec une masse d'environ 91 milliards d'électronvolts (GEV), il se classe parmi les particules élémentaires connues les plus lourdes.
Découverte au CERN il y a plus de 40 ans, aux côtés du boson du W, le boson Z a joué un rôle central dans la confirmation du modèle standard de physique des particules – une percée qui a conduit au prix Nobel de physique de 1984. Mesurer sa masse précisément reste essentiel pour tester le modèle standard et rechercher des signes de nouvelle physique.
La nouvelle mesure du LHCB est basée sur un échantillon de 174 000 bosons Z se décomposant en paires de muons, des parents plus lourds de l'électron. La mesure a entraîné une masse de 91 184,2 millions d'électronvolts (MEV) avec une incertitude de seulement 9,5 MEV, soit environ un centième de pour cent.
Le résultat est conforme aux mesures du collision LEP électron-pososétron, du prédécesseur du LHC et de l'expérience CDF auprès de l'ancien collisionneur de Tevatron Antiproton Proton – Antiproton aux États-Unis. De plus, il correspond à la précision de la prédiction du modèle standard, qui a une incertitude de 8,8 MEV.
La mesure du LHCB montre que ce niveau de précision peut être atteint au LHC malgré l'environnement complexe des collisions proton-proton, dans lesquelles de nombreuses particules sont produites simultanément.
La réalisation ouvre la porte à plus d'études de masse de boson Z au LHC et au futur LHC à grande luminosité, y compris des analyses très attendues des expériences de l'atlas et du CMS. Surtout, les incertitudes expérimentales sur les mesures de masse du boson Z sont largement indépendantes dans les expériences du LHC, ce qui signifie qu'une moyenne des mesures aura une incertitude réduite.
« Le LHC à haute luminosité a le potentiel de remettre en question la précision de la mesure de masse du boson Z de LEP – quelque chose qui semblait inconcevable au début du programme LHC », explique le porte-parole de LHCB, Vincenzo Vagnoni. « Cela ouvrira la voie aux futurs colliders proposés, comme le FCC-EE, pour réaliser un saut encore plus grand en précision. »
