L’expérience CMS annonce une mesure de haute précision de la masse du boson W

La masse du boson W, qui, avec le boson Z, médie la force faible, est un paramètre clé du Modèle Standard : elle est directement liée aux forces de couplage des interactions électromagnétiques et faibles. La théorie ainsi que la mesure d’autres paramètres tels que la masse du boson de Higgs et du quark top permettent de prédire 𝑚𝑊 = 80 355 ± 6 MeV. La présence de physique au-delà du Modèle Standard, avec par exemple l’existence de nouvelles particules plus lourdes, pourrait modifier la masse mesurée, motivant fortement des mesures expérimentales avec la plus haute précision possible. La mesure de CMS annoncée aujourd’hui atteint la précision la plus élevée à ce jour au LHC : 𝑚𝑊 = 80 360.2 ± 9.9 MeV, en accord total avec la valeur du Modèle Standard.

Bien que le boson W ait été découvert il y a plus de 40 ans au CERN, la mesure de sa masse reste un défi expérimental majeur. La masse du boson W a été précédemment mesurée par les expériences du LEP et du Tevatron, ainsi que par les expériences ATLAS et LHCb au LHC. La récente mesure de la collaboration CDF, avec une incertitude de 9.4 MeV, est en forte contradiction avec la prédiction du Modèle Standard ainsi qu’avec toutes les autres mesures. Le résultat de CMS, avec une précision comparable, a renforcé la prédiction électrofaible.

Le principal défi de cette analyse réside dans le fait que la masse invariante du boson W ne peut être reconstruite directement dans ses canaux de désintégration leptoniques en raison de la présence d’un neutrino, ce qui nécessite une approche indirecte. Le résultat de CMS repose sur une mesure très précise des distributions de la quantité de mouvement transverse et de la pseudorapidité, en s’appuyant sur une reconstruction et une calibration extrêmement précises des muons, ainsi que sur des prédictions théoriques de pointe. Les membres de CMS au LLR ont été profondément impliqués dans la supervision de cette analyse, au tant au niveau de son développement que de sa révision, et ce sur plusieurs années. Il s’agit de l’analyse la plus sophistiquée jamais réalisée au sein de CMS. Andrew Gilbert, au cours des deux dernières années, a fourni un leadership inestimable en tant que coordinateur du groupe dédié aux mesures du Modèle Standard au sein de CMS, guidant sans relâche le processus de révision de l’analyse. De plus, Roberto Salerno est actuellement le coordinateur de la physique de CMS.

Contact : Andrew Gilbert, Roberto Salerno