科学家发现罕见希格斯玻色子衰变的首个证据

这项工作为科学家们很久以前的预测提供了证据。

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科学家们发现罕见希格斯玻色子衰变的首个证据（图片来源：核子研究组织）

科学家们发现了罕见希格斯玻色子衰变的首个证据，我们对奇怪的量子宇宙的理解进一步加深了。

2012年，诺贝尔物理学奖被授予一项突破性发现：希格斯玻色子的探测发现，这种亚原子粒子早在近50年前就被物理学标准模型所预测到。它的寿命并不长，很快就会衰变成质量较小的粒子，比如两个光子（光粒子）。

研究人员现在通过在瑞士核子研究组织的大型强子对撞机上的超环面仪器实验（ATLAS）和紧凑缪子线圈实验（CMS），发现了罕见希格斯玻色子衰变的证据。在这种情况下，该粒子衰变为一个光子和两个轻子——一种或带电或中性的基本粒子。(电子和μ子是带电轻子的两种例子，它们是相似的亚原子粒子类型）具体来说，他们发现希格斯玻色子存在不同的衰变可能性：衰变为一个光子和一对电子，或是一个光子和一对带相反电荷的μ子。

利用标准模型，科学家们能够预测希格斯玻色子可能衰变成的不同基本粒子，其中一个相当“常见”的衰变结果是变成两个光子。他们还可以预估希格斯玻色子衰变为不同粒子组合的频率，比如衰变为一个光子和两个轻子的情况就特别稀少。

在这类衰变中，希格斯玻色子在其超短的生命之后，迅速衰变成一个光子和一个被科学家称为“虚光子”的粒子。这种“虚光子”，也被称为“离（质量）壳光子”，然后在这种情况下会立即变成类似两个轻子的粒子。使用大型强子对撞机的超环面仪器实验团队的粒子物理学家詹姆斯·比彻姆告诉“太空网站”：“这种‘虚光子’具有非常小的非零质量，而普通光子是完全无质量的。”

在一项新的研究中，利用大型强子对撞机进行实验的研究人员发现了罕见希格斯玻色子衰变的首个证据。 (图片来源：核子研究组织)

这两个轻子“几乎手牵手撞上了我们的量热计”，比彻姆补充说。大型强子对撞机的量热计是一种工具，用来拦截产自粒子碰撞的粒子。当这些粒子被该工具拦截或“吸收” 时，科学家们就可以发现并研究这些粒子。

虽然科学家们推测希格斯玻色子应该存在这种类型的衰变，但这个新的探测结果是“希格斯玻色子这种非常罕见的衰变模式的第一个暗示证据”，比彻姆说。

然而，他补充说，他们团队很可能无法直接观察到这种少见的衰变，直到他们为即将到来的高亮度大型强子对撞机项目升级设施（这个新项目紧接着大型强子对撞机项目三期，同时这项研究使用的数据是在运行二期期间收集的，开始于2015年，结束于2018年）。

据信，超环面仪器实验团队的一份声明：“在未来，随着高亮度大型强子对撞机项目中可以预见的大量数据出现，研究少见的希格斯玻色子衰变或将成为新常态。”

通过研究像这样少见的衰变，研究人员得以探索超越标准模型的新物理模型。比彻姆表示，标准模型解释了关于当前物理宇宙的许多内容，但并不包括引力和暗物质。暗物质不发光，也无法直接观察，被认为占已知宇宙中所有物质的80%左右，但科学家还不知道它到底是什么。

“我们一直在寻找标准模型的外延，必须找到新的突破口以供我们进入暗物质的世界，并通过实验探索它们。而这之中一个可能的入口就是希格斯玻色子。所谓‘暗物质世界’实际上包含了超出标准模型的物理学。”

现在还不能太兴奋。“这篇论文并没有给我们关于希格斯玻色子门户进入‘暗物质世界’的新信息，”比彻姆说。但“它证明我们可以很巧妙地寻找像这样非常少见的事物，”他说，这从整体上推动了搜索的进展。

这项工作在核子研究组织的大型强子对撞机公开研讨会上提出，我们可以在核子研究中心的官方网站上找到它。核子研究组织发表的文件是会议说明，是超环面仪器实验团队的初步结果。

BY:Chelsea Gohd

FY: 雨上萧

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