在正在进行的RencontresdeMoriond会议上的一次演讲中，ATLAS合作机构展示了其对粒子物理标准模型的一个关键原理(称为轻子味道普遍性)的最新测试结果。该结果的精度是W玻色子衰变中单次实验所达到的最好结果，并且超过了当前实验的平均值。

检查轻子味道的微妙平衡

大多数基本粒子可以分为具有相似性质的组或族。例如，轻子家族包括电子(它在每个原子中形成围绕原子核的带负电的粒子云)、μ子(宇宙射线中发现的较重粒子)和τ轻子(一种更重的短命粒子)。见于高能粒子相互作用。

据物理学家所知，这些粒子之间的唯一区别是它们的质量，这是通过它们与希格斯玻色子相关的基本场相互作用的不同强度而产生的。特别是，标准模型的一个显着特征是每种轻子类型或“味道”都同样可能与W玻色子相互作用，W玻色子是弱力的带电载体，弱力是自然四种基本力之一。这一原理被称为轻子风味普遍性。

因此，通过比较W玻色子衰变为电子和电子中微子、μ子和μ子中微子或tau轻子和tau中微子的衰变速率而获得的轻子味道普遍性的高精度测试是敏感的超越标准模型的物理学探索。事实上，如果轻子味道普遍性成立，那么这些衰变率应该是相等的(在可忽略的质量相关校正范围内)。

这可以通过测量W玻色子衰变为不同轻子风味的比率来测试。与大型强子对撞机(LHC)进行此类测量相关的挑战之一是收集纯(“无偏”)W玻色子样本。

在《自然物理学》2021年发表的一篇论文中，ATLAS报道了世界上最精确的测量W玻色子衰变为tau轻子的速率与衰变为μ子的速率之比，证明了一对粒子的碰撞事件。顶夸克的产生提供了丰富且干净的W玻色子样本。

在arXiv预印本服务器上最近发布的一篇论文中，ATLAS发布了一项新的测量结果，这次涉及W玻色子衰变为μ子的速率与衰变为电子的速率之比。虽然所有先前测量的组合表明该比率在大约0.6%的范围内，对应于相同的衰减率，但仍有改进的空间。

新的ATLAS结果基于对大型强子对撞机第二次运行的完整数据集的研究，该数据集在2015年至2018年间收集。该分析研究了超过1亿个顶夸克对碰撞事件。顶夸克迅速衰变为W玻色子和底夸克，因此该样本提供了1亿对W玻色子。

通过计算带有两个电子(且无μ子)或两个μ子(且无电子)的这些事件的数量，物理学家可以测试W玻色子是否更频繁地衰变为电子或μ子。

然而，事情并没有那么简单。Z玻色子是弱力的电中性载体，也可以衰变成一对电子或μ子，留下与顶夸克对类似的实验特征。由于Z玻色子事件中轻子的总质量聚集在91GeV的Z玻色子质量周围，因此可以估计并减去该背景过程。

此外，根据20世纪90年代在CERN的大型正负电子(LEP)对撞机(大型强子对撞机的前身)和斯坦福直线对撞机(SLC)上进行的测量结果，Z玻色子衰变为两个μ子的速率与其已知衰变成两个电子的速率等于0.3%以内的统一。

因此，在这次ATLAS分析中，Z玻色子的衰变率比被确定为参考测量，使研究人员能够减少电子和μ子重建带来的不确定性。此外，由于许多测量不确定性在两个电子和两个μ子的事件中是相似的，因此发现它们对测量的衰减率比只有很小的影响。

新ATLAS分析的最终结果是比率为0.9995，不确定性为0.0045，与统一完全兼容。不确定度仅为0.45%，结果比之前所有测量值的总和更精确。目前，轻子味道的普遍性完好无损。