ATLAS publie la première mesure de la masse du boson W avec le LHC

Le boson de jauge électrofaible W a été découvert en 1983 au CERN avec le collisionneur proton-antiproton SPS. Bien que les propriétés du boson W aient été étudiées pendant plus de 30 ans, la mesure précise de sa masse reste un défi majeur.

La masse du boson W est un paramètre fondamental du Modèle Standard (MS). Elle a été mesurée par plusieurs expériences auprès des collisionneurs électron-positron et proton-anti-proton à haute énergie. Ce paramètre est celui dont la mesure, en la comparant avec la prédiction du MS, a l’impact le plus important sur les recherches indirectes de nouvelles particules. Sa valeur actuelle, qui combine plusieurs mesures indépendantes, est de 80385±15 MeV.

Mesures de la masse du W à LEP, à Tevatron et avec ATLAS

La masse du boson W a récemment été mesurée au LHC dans l’expérience ATLAS, en utilisant des données enregistrées en 2011, à une énergie de 7 TeV dans le centre de masse. Cette mesure est la mesure individuelle la plus précise à ce jour, et donne une valeur mW = 80370±19 MeV. Cette nouvelle mesure est en accord avec les valeurs combinées mesurées aux collisionneurs LEP et Tevatron et avec la moyenne mondiale (voir figure).

La mesure de la masse W est particulièrement difficile au LHC, par rapport au LEP et au Tevatron. Ceci est dû, entre autre, au grand nombre d’interactions par croisement de faisceaux. La masse du boson W a été mesurée par ATLAS en utilisant des bosons W se désintégrant en un électron ou un muon et un neutrino, et en reconstruisant les propriétés cinématiques de ces leptons.La mesure a nécessité un étalonnage précis de la réponse du détecteur. Pour cela nous utilisons le boson Z, qui est un cousin neutre du boson W. Il se désintègre en deux leptons chargés et sa masse a été mesurée très précisément au LEP. Le grand échantillon d’événements contenant des bosons Z a permis à ATLAS d’étalonner l’énergie des leptons avec une précision relative de 1 pour 10000.

Événement candidat W se désintégrant en un électron et un neutrino

Des améliorations futures de cette mesure sont possibles avec l’analyse de plus grands échantillons des données pris en 2012 et 2015-2016 et une meilleure connaissance des fonctions de distribution des partons constituants le proton et l’amélioration des prédictions de la production des bosons W et Z.

Reference : Measurement of the W-boson mass in pp collisions at √s = 7 TeV with the ATLAS detector