The Economist - UK (2022-04-16)

The Economist April 16th 2022 Science & technology 69

in a trillion (“seven sigma”, in the statisti­
cal lingo), well above the one in 3.5m (five
sigma) that physicists require to consider a
finding robust.
The scientists at Fermilab analysed his­
torical  data  from  the  Tevatron,  a  circular
particle  collider  which  was  the  most  po­
werful in the world until the Large Hadron
Collider  (lhc)  came  online  in  2009.  Be­
tween  2002  and  2011  (when  it  ran  for  the
last time), the Tevatron produced approxi­
mately 4m wbosons in collisions between
particles  called  quarks  and  their  antimat­
ter  counterparts,  antiquarks.  Using  de­
tailed recordings of the scattering trajecto­
ries  of  the  menagerie  of  particles  present
in such collisions, the scientists could cal­
culate  the  mass  of  the  wboson  with  un­
precedented accuracy.
The finding has big implications. The w
boson is a force­carrying particle. Together
with its sibling the zboson, it mediates the
weak  nuclear  force  that  governs  radioac­
tive decay. Unlike other force­carrying par­
ticles,  however,  the  wand  zbosons  have
mass—and  a  lot  of  it.  The  wboson  is  90
times heavier than a hydrogen atom. The z
boson  is  even  more  massive.  What  really
distinguishes the wboson, however, is its
ability to change the type—or “flavour”—of
other elementary particles it comes across.
For example, it can transform the electron
(and two of its cousins, the muon and tau)
into neutrinos. It can also flip quarks from
one  type  to  another—up  to  down,  top  to
bottom,  and  the  whimsically  named
“strange” quark to a “charm” one. 
These  protean  powers  mean  that  the
mass of the wboson is linked to the mass
of several other elementary particles. That
allows scientists to use the wboson to cal­
culate  the  mass  of  those  other  particles.
That is how they predicted the mass of the
top quark (discovered in 1995) and the mass
of the Higgs boson (discovered in 2012), be­
fore  either  particle  had  been  detected.  If
the wboson is more massive than the Stan­
dard Model predicts, it implies that some­
thing  else  is  tugging  on  it  too—an  as­yet­
undiscovered particle or force. For particle
physicists, that is an exciting prospect. 
It is not the only one. In March 2021 sci­
entists  from  cern—Europe’s  particle­
physics  laboratory—reported  evidence
that  the  bottom  quark  decays  into  elec­
trons and muons in uneven numbers, con­
tradicting  the  Standard  Model.  Only  three
weeks  later,  Fermilab  announced  that  the
magnetic moment of the muon appears to
be  greater  than  predicted  by  the  Standard
Model  too.  Like  the  mass  of  the  wboson,
the magnetic moment of the muon is part­
ly  determined  by  the  properties  of  other
particles. If it is greater than the Standard
Model predicts, that hints at an as­yet­un­
discovered particle or force too.
Assuming,  that  is,  the  results  are  real.
Exciting  as  they  were,  neither  result  from

2021 crossedthe5­sigmathreshold(they

hit3.1and4.2sigma,respectively).That

meansfurtherconfirmationisnecessary.

ThemorerecentTevatronresult,though,

contradicts the previous best measure­

mentofthewbosonmass,madein 2017 at

thelhc. Thatwasincloseagreementwith

theStandardModel,presentinga puzzle.

Ontheotherhand,thelatestTevatron

resultalignswellwithpreviousdatapro­

videdbytheLargeElectron­PositronCol­

lider,thelhc’spredecessor.Itisconse­

quentlythestrongestevidenceyetofthe

physicsthatmustliebeyondtheStandard

Model.Anyonewhoprefersinterestinger­

rorsoveryetmoredullconfirmationwill

behopingit holdsup.n

Medicaltechnology

Heat treatment

I

f you cutyourself,  your  options  are  to

reach for a plaster or, if the cut is nasty, to

go to a doctor to have it stitched or glued.

That  seems  a  rather  limited  choice.  Medi­

cal researchers have been trying to develop

another way to join the edges of a wound,

inspired  by  something  routinely  done  to

gas  pipes  and  electronics:  soldering.  And

an innovation developed at the Swiss Fed­

eral  Institute  of  Technology  (eth)  in  Zu­

rich, in co­operation with the Swiss mate­

rials­science institute Empa, suggests this

might soon become a practical reality.

In  soldering,  an  intermediate  material

is heated until it melts and bonds with the

two surfaces that are to be joined. The ma­

terial  of  these  edges  has  a  higher  melting

point  and  remains  solid  (otherwise  it

would count as welding).

For tissue, the intermediate material is

not a metal alloy, but a paste of biocompat­

ible  material,  such  as  albumin,  a  protein

that is an important constituent of blood.

When heated, the paste develops chemical

bonds with living tissue on both sides. As

healing  progresses,  the  two  sides  recon­

nect and the paste is removed by the body's

natural cleaning procedures.

Closing wounds by soldering has sever­

al important advantages, says Oscar Cipo­

lato, a phdcandidate at eth, who present­

ed  preliminary  results  on  April  5th  at  the

Photonics Europe conference in Strasburg,

France. The bond it produces is strong and

watertight, something that cannot be guar­

anteed  with  stitches.  If  a  wound  is  inter­

nal—after  surgery,  for  instance—a  leak

could cause an infection.

But  soldering  tissue  has  turned  out  to

be  difficult  in  practice,  which  means  it  is

not commonly done. Heating the soldering

paste  is  done  by  shining  a  laser  onto  it,

from  which  the  paste  absorbs  energy.  But

controlling  the  heating  precisely  is  tricky.

The  paste  needs  to  reach  about  80°c to

work. If the temperature is too low, the sol­

dering material will not fully melt and the

bond  will  be  weak.  But  if  it  is  too  high,  it

risks  burning  the  surrounding  tissue.  Ex­

isting attempts at wound­soldering rely on

thermal imaging to measure temperature.

But that only measures the temperature at

the  surface  of  the  solder,  rather  than

throughout the material. 

Mr  Cipolato  and  Inge  Herrmann,  a

chemical  engineer  at  eth,  hope  their  im­

proved  paste  can  get  around  such  pro­

blems. It is made up of two kinds of nano­

particles, specks of material of only about

20­billionths  of  a  metre  across.  Between

them, these help direct the energy of the la­

ser to the places it should be, and help doc­

tors gauge the conditions in the paste.

The first set of particles are made of tita­

nium nitrate. They eagerly absorb photons

of  red  or  near  infrared  light,  precisely  the

colours  that  most  easily  penetrate  living

tissue,  and  release  the  energy  as  heat  to

their  surroundings.  That  efficient  absorp­

tion means the paste can be heated by a rel­

atively weak laser beam, which helps pro­

tect the surrounding tissues.

Using such tiny particles is in itself not

new.  But  until  recently  most  researchers

used  tiny  rods  of  gold,  which  are  expen­

sive. Nanoparticles of titanium nitrate, on

the other hand, are easily and cheaply pro­

duced by spraying the right mix of precur­

sor chemicals into a flame.

The second set of particles are a new de­

velopment in the soldering world. They are

specks  of  a  material  which  fluoresces.  In

other words, it absorbs the laser light, but

immediately  re­emits  the  energy  as  light

again, at a few very specific wavelengths.

Soldering offers a new, better way

to treat wounds

Firing up the soldering iron