物理学家发现罕见希格斯玻色子衰变的第一个迹象

近日，对极其罕见的希格斯玻色子转变的精细探索已经取得了成果，为可能暗示存在未知粒子的过程提供了第一个证据。

在欧洲核子研究组织（CERN）的大型强子对撞机（LHC）的两个不同的探测器中，物理学家对几年来质子碰撞的结果进行了调和，提高了著名的“赋予质量”粒子衰变为光子和Z玻色子的速率的统计精度。

上周，在贝尔格莱德举行的大型强子对撞机物理会议上分享的结果，远未达到可能被认为意义重大的水平。但这个过程本身可以得到改进，以深入研究量子配方的泡沫和嘶嘶声，并帮助确定奇异的新力量和构建模块可能存在的地方。

2012年，欧洲核子研究中心（CERN）的ATLAS（环形大型强子对撞机）和CMS（紧凑型介子螺线）探测器证实了希格斯粒子的存在，希格斯粒子成为了物理界的宠儿。

它不仅是宏伟的粒子地图（标准模型）中的最终条目，还有待实验确认；它的观测有望成为了解量子领域隐藏部分的窗口。

在很大程度上，知道希格斯粒子及其相关场的存在，意味着我们现在明白了为什么基本粒子有质量。

由于能量和质量是描述同一种事物的不同方式，因此，将大而厚实的物体（如原子、分子和大象）聚集在一起所付出的努力占物体质量的很大比例。

在较小的尺度上，电子或夸克等更基本的物体，穿过希格斯场所需要的努力解释了为什么它们有静止质量，而光子等粒子却没有。

然而，该场的群居性质及其玻色子的泡沫，使其成为寻找假想量子场和相关粒子迹象的完美候选者，而这些粒子通常不会通过更明显的方式被发现。

欧洲核子研究中心ATLAS实验的物理协调员帕梅拉·法拉利（Pamela Ferrari）说：“每个粒子都与希格斯玻色子有着特殊的关系，这使得寻找罕见的希格斯衰变成为当务之急。”

一个粒子的衰变就像一只鸽子在摩天大楼中的死亡 —— 它一直在发生，通常以各种各样的方式发生，但如果你能抓住几根漂浮的羽毛作为它们逝去的证据，那就很幸运了。

幸运的是，通过计算对撞机尘埃中的所有“羽毛”，物理学家可以描绘出粒子分裂和迅速重新形成新事物的不同方式。

其中一些衰变是相对常见的，但对于希格斯粒子来说，转变成光子和携带短程弱核力的Z玻色子的几率大约是千分之一。或者，正如教科书中预测的那样，约占所有希格斯玻色子衰变的0.15%。

上图：来自ATLAS（左）和CMS（右）的希格斯玻色子衰变为Z玻色子和光子的候选事件，其中Z玻色子衰变成一对μ子。

但这正是标准模型告诉我们应该期待的。尽管这个宏大的理论具有惊人的洞察力，但我们知道它在某些时候会失败，因为它并没有太多关于空间拉伸暗能量或空间和时间以类似引力的方式扭曲的内容。

与这个数字的任何分歧都可以用来支持替代模型，这些模型可能会留下足够的空间来适应棘手的事实。

知道如何改进我们所拥有的最好的物理模型，意味着找到一堆目前无法解释的异常现象。比如，奇异的场和粒子，它们进行着我们通常不会注意到的微妙而罕见的行为。

“新粒子的存在可能会对罕见的希格斯衰变模式产生非常重大的影响，”CERN另一个探测器CMS的物理协调员弗洛伦西亚·卡内利（Florencia Canelli）说。

目前，这些难以捉摸的独角兽粒子仍然像以前一样神秘。到目前为止，结果大致在标准模型预测的范围内。

尽管如此，只有足够的数据让物理学家对结果的正确性有一定的信心。更大规模的实验，也许使用更好的技术，可能会揭示微小的差异，隐藏着一扇通往一整套新理论的大窗口。

弗洛伦西亚·卡内利表示：“这项研究是对标准模型的有力检验。随着大型强子对撞机的第三次运行和未来的高亮度大型强子对撞机，我们将能够提高这项测试的精度，并探测更罕见的希格斯衰变。”

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