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    重磅发现:上帝粒子衰变成两个µ子,并能与第二代粒子相互作用

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      🌾袁隆平

      在第40届国际高能物理会议上(ICHEP),ATLAS和CMS实验公布最新的结果表明:上帝粒子(希格斯玻色子)衰变成两个µ子。µ子是电子的较重版本,具有相同的电荷,只是质量不同,电子也是构成宇宙物质的基本粒子之一。电子被归类为第一代粒子,而µ子则属于第二代粒子。希格斯玻色子衰变为µ子的物理过程是一种罕见现象,因为5000个希格斯玻色子中只有一个衰减成µ子。

      重磅发现:上帝粒子衰变成两个µ子,并能与第二代粒子相互作用

      这些新结果对基础物理学具有至关重要的意义,因为它们首次表明:希格斯玻色子与第二代基本粒子相互作用。欧洲核子研究中心(CERN)的物理学家自2012年发现希格斯玻色子以来,一直在研究它,以探索这种非常特殊的粒子的性质。由大型强子对撞机上的质子碰撞产生希格斯玻色子,几乎瞬间瓦解(也就是所谓的衰变)变成其他粒子。研究希格斯玻色子性质的主要方法之一是:分析它如何衰变成各种基本粒子和解体速率。

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      CMS以 3 sigma获得了这种衰变证据,这意味着从统计涨落中看到希格斯玻色子(上帝粒子)衰变成µ子对的可能性不到700。阿特拉斯(ATLAS)的2 sigma结果意味着几率是40分之一。这两个结果的结合,将大大增加3 sigma以上的意义,并为希格斯玻色子衰变成两个µ子提供强有力的证据。CMS实验发言人罗伯托·卡林(Roberto Carlin)表示:CMS很自豪能够实现对希格斯玻色子向µ子衰变的这种敏感性。

      能与第二代粒子相互作用

      CMS并展示了这一过程的第一个实验证据,希格斯玻色子(上帝粒子)似乎也与第二代粒子相互作用,这与标准模型的预测一致,这一结果将随着下一次运行中收集的数据而进一步完善。希格斯玻色子是希格斯场的量子表现,希格斯场通过布劳特-恩格勒-希格斯机制赋予与其相互作用的基本粒子质量。通过测量希格斯玻色子衰变成不同粒子的速率,物理学家可以推断它们与希格斯场相互作用的强度:

      重磅发现:上帝粒子衰变成两个µ子,并能与第二代粒子相互作用

      衰变成给定粒子的速率越高,它与场的相互作用就越强。到目前为止,ATLAS和CMS实验已经观察到希格斯玻色子衰变成不同类型的玻色子,如W和Z,以及更重的费米子,如τ轻子。2018年测量了与最重夸克(顶夸克和底夸克)的相互作用。相比之下,µ子要轻得多,µ子与希格斯场的相互作用也较弱。因此,以前在大型强子对撞机(LHC)上没有看到过希格斯玻色子和µ子之间的相互作用。

      重磅发现:上帝粒子衰变成两个µ子,并能与第二代粒子相互作用

      ATLAS发言人卡尔·雅各布斯(Karl Jakobs)表示:希格斯玻色子衰变为第二代物质粒子的证据,补充了一个非常成功的Run 2 Higgs物理计划。对希格斯玻色子性质的测量,在精度和稀有衰变模式方面达到了一个新阶段。这些成就依赖于大型大型强子对撞机数据集、ATLAS探测器的出色效率和性能,以及对新分析技术的使用。使这些研究更具挑战性的是,在大型强子对撞机上,每预测一个希格斯玻色子衰减到两个µ子,就会有数千个µ子对通过其他过程产生,模仿预期的实验特征。

      与标准模型预测是一致

      希格斯玻色子衰变成µ子对特征是聚集在125GeV的µ子对质量附近的少量过剩事件,这是希格斯玻色子的质量。分离希格斯玻色子与µ子对的相互作用并非易事。为了做到这一点,两个实验都从希格斯玻色子的衰变中测量µ子候选者的能量、动量和角度。此外,通过复杂的背景建模策略和其他先进技术(如机器学习算法)等方法提高了分析的灵敏度。CMS结合了四个独立的分析,每个分析都经过优化,以将物理事件与特定希格斯玻色子产生模式的可能信号进行分类。

      重磅发现:上帝粒子衰变成两个µ子,并能与第二代粒子相互作用

      阿特拉斯将其分为20类,目标是特定的希格斯玻色子产生模式。到目前为止,这些结果与标准模型的预测是一致,使用了从大型强子对撞机(LHC)第二次运行中收集的全部数据集。随着粒子加速器下一次运行将记录更多的数据,以及利用更高能量的大型强子对撞机(LHC),ATLAS和CMS的合作,有望达到建立发现希格斯玻色子衰变到两个µ子所需的灵敏度(5sigma),并约束可能超出标准模型影响希格斯玻色子衰变模式的物理理论。

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      博科园|研究/来自:第40届国际高能物理会议/欧洲核子研究中心(CERN)

      参考期刊《arXiv》

      Cite: arXiv:2007.07830

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