重磅發(fā)現(xiàn)：上帝粒子衰變成兩個(gè)μ子，并能與第二代粒子相互作用！

在第40屆國(guó)際高能物理會(huì)議上（ICHEP），ATLAS和CMS實(shí)驗(yàn)公布最新的結(jié)果表明：上帝粒子（希格斯玻色子）衰變成兩個(gè)μ子。μ子是電子的較重版本，具有相同的電荷，只是質(zhì)量不同，電子也是構(gòu)成宇宙物質(zhì)的基本粒子之一。電子被歸類為第一代粒子，而μ子則屬于第二代粒子。希格斯玻色子衰變?yōu)棣套拥奈锢磉^程是一種罕見現(xiàn)象，因?yàn)?000個(gè)希格斯玻色子中只有一個(gè)衰減成μ子。

這些新結(jié)果對(duì)基礎(chǔ)物理學(xué)具有至關(guān)重要的意義，因?yàn)樗鼈兪状伪砻鳎合８袼共Ｉ优c第二代基本粒子相互作用。歐洲核子研究中心(CERN)的物理學(xué)家自2012年發(fā)現(xiàn)希格斯玻色子以來，一直在研究它，以探索這種非常特殊的粒子的性質(zhì)。由大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)上的質(zhì)子碰撞產(chǎn)生希格斯玻色子，幾乎瞬間瓦解（也就是所謂的衰變）變成其他粒子。研究希格斯玻色子性質(zhì)的主要方法之一是：分析它如何衰變成各種基本粒子和解體速率。

CMS以 3 sigma獲得了這種衰變證據(jù)，這意味著從統(tǒng)計(jì)漲落中看到希格斯玻色子（上帝粒子）衰變成μ子對(duì)的可能性不到700。阿特拉斯（ATLAS）的2 sigma結(jié)果意味著幾率是40分之一。這兩個(gè)結(jié)果的結(jié)合，將大大增加3 sigma以上的意義，并為希格斯玻色子衰變成兩個(gè)μ子提供強(qiáng)有力的證據(jù)。CMS實(shí)驗(yàn)發(fā)言人羅伯托·卡林(Roberto Carlin)表示：CMS很自豪能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)希格斯玻色子向μ子衰變的這種敏感性。

能與第二代粒子相互作用

CMS并展示了這一過程的第一個(gè)實(shí)驗(yàn)證據(jù)，希格斯玻色子（上帝粒子）似乎也與第二代粒子相互作用，這與標(biāo)準(zhǔn)模型的預(yù)測(cè)一致，這一結(jié)果將隨著下一次運(yùn)行中收集的數(shù)據(jù)而進(jìn)一步完善。希格斯玻色子是希格斯場(chǎng)的量子表現(xiàn)，希格斯場(chǎng)通過布勞特-恩格勒-希格斯機(jī)制賦予與其相互作用的基本粒子質(zhì)量。通過測(cè)量希格斯玻色子衰變成不同粒子的速率，物理學(xué)家可以推斷它們與希格斯場(chǎng)相互作用的強(qiáng)度：

衰變成給定粒子的速率越高，它與場(chǎng)的相互作用就越強(qiáng)。到目前為止，ATLAS和CMS實(shí)驗(yàn)已經(jīng)觀察到希格斯玻色子衰變成不同類型的玻色子，如W和Z，以及更重的費(fèi)米子，如τ輕子。2018年測(cè)量了與最重夸克（頂夸克和底夸克）的相互作用。相比之下，μ子要輕得多，μ子與希格斯場(chǎng)的相互作用也較弱。因此，以前在大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)（LHC）上沒有看到過希格斯玻色子和μ子之間的相互作用。

ATLAS發(fā)言人卡爾·雅各布斯(Karl Jakobs)表示：希格斯玻色子衰變?yōu)榈诙镔|(zhì)粒子的證據(jù)，補(bǔ)充了一個(gè)非常成功的Run 2 Higgs物理計(jì)劃。對(duì)希格斯玻色子性質(zhì)的測(cè)量，在精度和稀有衰變模式方面達(dá)到了一個(gè)新階段。這些成就依賴于大型大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)數(shù)據(jù)集、ATLAS探測(cè)器的出色效率和性能，以及對(duì)新分析技術(shù)的使用。使這些研究更具挑戰(zhàn)性的是，在大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)上，每預(yù)測(cè)一個(gè)希格斯玻色子衰減到兩個(gè)μ子，就會(huì)有數(shù)千個(gè)μ子對(duì)通過其他過程產(chǎn)生，模仿預(yù)期的實(shí)驗(yàn)特征。

與標(biāo)準(zhǔn)模型預(yù)測(cè)是一致

希格斯玻色子衰變成μ子對(duì)特征是聚集在125GeV的μ子對(duì)質(zhì)量附近的少量過剩事件，這是希格斯玻色子的質(zhì)量。分離希格斯玻色子與μ子對(duì)的相互作用并非易事。為了做到這一點(diǎn)，兩個(gè)實(shí)驗(yàn)都從希格斯玻色子的衰變中測(cè)量μ子候選者的能量、動(dòng)量和角度。此外，通過復(fù)雜的背景建模策略和其他先進(jìn)技術(shù)(如機(jī)器學(xué)習(xí)算法)等方法提高了分析的靈敏度。CMS結(jié)合了四個(gè)獨(dú)立的分析，每個(gè)分析都經(jīng)過優(yōu)化，以將物理事件與特定希格斯玻色子產(chǎn)生模式的可能信號(hào)進(jìn)行分類。

阿特拉斯將其分為20類，目標(biāo)是特定的希格斯玻色子產(chǎn)生模式。到目前為止，這些結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)模型的預(yù)測(cè)是一致，使用了從大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)（LHC）第二次運(yùn)行中收集的全部數(shù)據(jù)集。隨著粒子加速器下一次運(yùn)行將記錄更多的數(shù)據(jù)，以及利用更高能量的大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)(LHC)，ATLAS和CMS的合作，有望達(dá)到建立發(fā)現(xiàn)希格斯玻色子衰變到兩個(gè)μ子所需的靈敏度（5sigma），并約束可能超出標(biāo)準(zhǔn)模型影響希格斯玻色子衰變模式的物理理論。

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博科園｜研究/來自：第40屆國(guó)際高能物理會(huì)議/歐洲核子研究中心（CERN）

參考期刊《arXiv》

Cite: arXiv:2007.07830

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