首次！暗物質(zhì)世界的大門？希格斯玻色子少見衰變證據(jù)初現(xiàn)！

科學(xué)家發(fā)現(xiàn)罕見希格斯玻色子衰變的首個(gè)證據(jù)

這項(xiàng)工作為科學(xué)家們很久以前的預(yù)測(cè)提供了證據(jù)。

科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)罕見希格斯玻色子衰變的首個(gè)證據(jù)（圖片來源：核子研究組織）

科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了罕見希格斯玻色子衰變的首個(gè)證據(jù)，我們對(duì)奇怪的量子宇宙的理解進(jìn)一步加深了。

2012年，諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)被授予一項(xiàng)突破性發(fā)現(xiàn)：希格斯玻色子的探測(cè)發(fā)現(xiàn)，這種亞原子粒子早在近50年前就被物理學(xué)標(biāo)準(zhǔn)模型所預(yù)測(cè)到。它的壽命并不長，很快就會(huì)衰變成質(zhì)量較小的粒子，比如兩個(gè)光子（光粒子）。

研究人員現(xiàn)在通過在瑞士核子研究組織的大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)上的超環(huán)面儀器實(shí)驗(yàn)（ATLAS）和緊湊繆子線圈實(shí)驗(yàn)（CMS），發(fā)現(xiàn)了罕見希格斯玻色子衰變的證據(jù)。在這種情況下，該粒子衰變?yōu)橐粋€(gè)光子和兩個(gè)輕子——一種或帶電或中性的基本粒子。(電子和μ子是帶電輕子的兩種例子，它們是相似的亞原子粒子類型）具體來說，他們發(fā)現(xiàn)希格斯玻色子存在不同的衰變可能性：衰變?yōu)橐粋€(gè)光子和一對(duì)電子，或是一個(gè)光子和一對(duì)帶相反電荷的μ子。

利用標(biāo)準(zhǔn)模型，科學(xué)家們能夠預(yù)測(cè)希格斯玻色子可能衰變成的不同基本粒子，其中一個(gè)相當(dāng)“常見”的衰變結(jié)果是變成兩個(gè)光子。他們還可以預(yù)估希格斯玻色子衰變?yōu)椴煌Ｗ咏M合的頻率，比如衰變?yōu)橐粋€(gè)光子和兩個(gè)輕子的情況就特別稀少。

在這類衰變中，希格斯玻色子在其超短的生命之后，迅速衰變成一個(gè)光子和一個(gè)被科學(xué)家稱為“虛光子”的粒子。這種“虛光子”，也被稱為“離（質(zhì)量）殼光子”，然后在這種情況下會(huì)立即變成類似兩個(gè)輕子的粒子。使用大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)的超環(huán)面儀器實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)的粒子物理學(xué)家詹姆斯·比徹姆告訴“太空網(wǎng)站”：“這種‘虛光子’具有非常小的非零質(zhì)量，而普通光子是完全無質(zhì)量的?！?/p>

在一項(xiàng)新的研究中，利用大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的研究人員發(fā)現(xiàn)了罕見希格斯玻色子衰變的首個(gè)證據(jù)。 (圖片來源：核子研究組織)

這兩個(gè)輕子“幾乎手牽手撞上了我們的量熱計(jì)”，比徹姆補(bǔ)充說。大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)的量熱計(jì)是一種工具，用來攔截產(chǎn)自粒子碰撞的粒子。當(dāng)這些粒子被該工具攔截或“吸收” 時(shí)，科學(xué)家們就可以發(fā)現(xiàn)并研究這些粒子。

雖然科學(xué)家們推測(cè)希格斯玻色子應(yīng)該存在這種類型的衰變，但這個(gè)新的探測(cè)結(jié)果是“希格斯玻色子這種非常罕見的衰變模式的第一個(gè)暗示證據(jù)”，比徹姆說。

然而，他補(bǔ)充說，他們團(tuán)隊(duì)很可能無法直接觀察到這種少見的衰變，直到他們?yōu)榧磳⒌絹淼母吡炼却笮蛷?qiáng)子對(duì)撞機(jī)項(xiàng)目升級(jí)設(shè)施（這個(gè)新項(xiàng)目緊接著大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)項(xiàng)目三期，同時(shí)這項(xiàng)研究使用的數(shù)據(jù)是在運(yùn)行二期期間收集的，開始于2015年，結(jié)束于2018年）。

據(jù)信，超環(huán)面儀器實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)的一份聲明：“在未來，隨著高亮度大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)項(xiàng)目中可以預(yù)見的大量數(shù)據(jù)出現(xiàn)，研究少見的希格斯玻色子衰變或?qū)⒊蔀樾鲁B(tài)。”

通過研究像這樣少見的衰變，研究人員得以探索超越標(biāo)準(zhǔn)模型的新物理模型。比徹姆表示，標(biāo)準(zhǔn)模型解釋了關(guān)于當(dāng)前物理宇宙的許多內(nèi)容，但并不包括引力和暗物質(zhì)。暗物質(zhì)不發(fā)光，也無法直接觀察，被認(rèn)為占已知宇宙中所有物質(zhì)的80%左右，但科學(xué)家還不知道它到底是什么。

“我們一直在尋找標(biāo)準(zhǔn)模型的外延，必須找到新的突破口以供我們進(jìn)入暗物質(zhì)的世界，并通過實(shí)驗(yàn)探索它們。而這之中一個(gè)可能的入口就是希格斯玻色子。所謂‘暗物質(zhì)世界’實(shí)際上包含了超出標(biāo)準(zhǔn)模型的物理學(xué)?！?/p>

現(xiàn)在還不能太興奮。“這篇論文并沒有給我們關(guān)于希格斯玻色子門戶進(jìn)入‘暗物質(zhì)世界’的新信息，”比徹姆說。但“它證明我們可以很巧妙地尋找像這樣非常少見的事物，”他說，這從整體上推動(dòng)了搜索的進(jìn)展。

這項(xiàng)工作在核子研究組織的大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)公開研討會(huì)上提出，我們可以在核子研究中心的官方網(wǎng)站上找到它。核子研究組織發(fā)表的文件是會(huì)議說明，是超環(huán)面儀器實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)的初步結(jié)果。

BY:Chelsea Gohd

FY: 雨上蕭

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