“上帝粒子”的衰变证据

2023-05-30 14:14

文/陈根

据欧洲核子研究中心发布文章：欧洲核子研究中心大型强子对撞机ATLAS和CMS合作建立了希格斯玻色子罕见衰变为Z玻色子和光子的第一个证据。

希格斯粒子，由物理学家们使用高能量的质子束撞击产生，被认为是一种形塑了世界万物的粒子，故而被赞誉为“上帝粒子”。作为一种基本粒子，希格斯粒子被认为是解释质量的物理学标准模型中的组成部分之一。

2012年，欧洲核子研究中心大型强子对撞机发现了希格斯玻色子，这标志着粒子物理学的一个重要里程碑。从那个时候起，ATLAS和CMS的合作一直在努力研究这种独特粒子的性质，并试图确定它产生和衰变为其他粒子的不同方式。

希格斯粒子的衰变是指从一个状态转换到另一个状态时释放出能量的过程，通过衰变产生的末态粒子可以探测并证实其存在性。在标准模型中，希格斯粒子的衰变可以通过多种不同的方式发生，包括衰变成两个光子，衰变成两个带电轻子（例如电子或其它粒子），以及衰变成两个带中性的重子。关于它们之间的对应质量和衰变的概率，标准模型和希格斯粒子理论所预测的是一致的。这些实验结果被认为是强有力的希格斯粒子衰变的证据。

近期举行的大型强子对撞机物理学会议上，ATLAS和CMS报告了他们如何找到希格斯玻色子衰变为Z玻色子和光子的罕见过程的第一个证据。据介绍，Z玻色子是弱力的电中性载体，光子是电磁力的载体。希格斯玻色子衰变为Z玻色子和光子的过程类似于衰变为两个光子的过程。而在这个过程中，希格斯玻色子不会直接衰变为这些粒子对。相反，衰变是通过“虚拟”粒子的中间“循环”进行的，这些虚拟粒子可能包括尚未发现的与希格斯玻色子相互作用的新粒子。

利用大型强子对撞机质子-质子碰撞的数据，ATLAS和CMS独立地对希格斯玻色子衰变成Z玻色子和光子进行了广泛的搜索。两次搜索都使用了类似的策略，通过Z玻色子衰变成成对电子或μ子——较重的电子版本——来识别Z玻色子。在搜索过程中，与希格斯玻色子衰变信号相关的碰撞事件将被识别为一个窄峰，在事件的平滑背景上，在衰变产物的组合质量分布中。研究人员还使用先进的机器学习技术进一步区分信号和背景事件。现在，ATLAS和CMS联手最大限度地提高他们的搜索结果，而合作则显著提高了统计精度和搜索范围。

“每个粒子都与希格斯玻色子有着特殊的关系，这使得寻找稀有的希格斯衰变成为重中之重。”ATLAS物理协调员Pamela Ferrari说：通过对ATLAS和CMS各自结果的精心组合，我们朝着解开希格斯玻色子的又一个谜团迈出了一步。”

原文标题 : 陈根：“上帝粒子”的衰变证据