Volgens een rapport op de officiële website van de Europese Organisatie voor Nucleair Onderzoek (CERN) van de 25e gebruikte het ATLAS-samenwerkingsteam van de Large Hadron Collider (LHC) in een laatste onderzoek het Z-boson, een elektrisch neutrale drager van de zwakke kracht, om de sterkte van de sterke kracht met recordnauwkeurigheid te bepalen (onzekerheid minder dan 1%). Relevante artikelen zijn ingediend bij het tijdschrift Nature Physics.

Het Standaardmodel van de deeltjesfysica stelt dat er vier fundamentele krachten in de natuur zijn: de sterke kracht, de elektromagnetische kracht, de zwakke kracht en de zwaartekracht, waarvan de sterke kracht die quarks tot protonen, neutronen en atoomkernen bindt de sterkste is. De sterke kracht wordt gedragen door gluonen en de sterkte ervan wordt de sterke koppelingsconstante genoemd. Hoewel het begrip van wetenschappers over de sterke koppelingsconstante na vele jaren van metingen en theoretische ontwikkeling is verbeterd, is de onzekerheid over de waarde ervan nog steeds verschillende ordes van grootte groter dan die van zijn andere 'metgezellen'.

Stefano Camarda, een natuurkundige bij CERN en lid van het analyseteam, wees erop dat de sterkte van de sterke kracht een sleutelparameter is van het standaardmodel, maar dat de nauwkeurigheid ervan momenteel slechts een paar procent bedraagt, terwijl de elektromagnetische kracht, die 15 keer zwakker is dan de sterke kracht, een nauwkeurigheid heeft van één deel per miljard.

Om de nauwkeurigheid van sterke krachtmetingen te verbeteren, heeft het ATLAS-samenwerkingsteam het Z-boson bestudeerd dat wordt geproduceerd door de proton-protonbotsing bij de LHC met een botsingsenergie van 8 tera-elektronvolt (TeV). Een Z-boson wordt doorgaans geproduceerd wanneer twee quarks in botsende protonen vernietigen. In dit proces werkt de sterke kracht via gluonen die door de vernietigende quark worden uitgestraald. Deze straling geeft het Z-boson een transversaal momentum, waarvan de grootte afhangt van de sterke koppelingsconstante. Door de verdeling van het transversale momentum van het Z-boson nauwkeurig te meten en deze te vergelijken met theoretische waarden, kan de sterke koppelingsconstante worden bepaald.

In de laatste analyse heeft het onderzoeksteam nauwkeurig vastgesteld dat de sterke koppelingsconstante op de massaschaal van het Z-boson 0,1183 ± 0,0009 bedraagt. De relatieve onzekerheid van dit resultaat bedraagt ​​slechts 0,8%, wat tot nu toe de meest nauwkeurige meting is van de sterke sterkte in één enkel experiment.

Het onderzoeksteam wees erop dat nauwkeurigere metingen van sterke koppelingsconstanten van groot belang zijn: ten eerste kan het de nauwkeurigheid verbeteren van theoretische berekeningen van deeltjesprocessen die verband houden met de sterke kracht; ten tweede kan het een aantal belangrijke onopgeloste mysteries helpen oplossen. Bijvoorbeeld, bij extreem hoge energieën, of alle fundamentele krachten dezelfde sterkte hebben, en daaruit afleiden of ze een potentiële gemeenschappelijke bron hebben, en of er onbekende interacties zijn die de sterke kracht in bepaalde processen of bij specifieke energieën kunnen veranderen, enz.