科学|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！
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 。
本文插图
【科学|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 。
本文插图
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：
本文插图
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 。
本文插图
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 。
推荐阅读
- 星系|天文学家发现巨大星系的古代宝藏
- 唐彬森|元气森林唐彬森：苦了10年我发现，发大财首先要会选
- 科学|世界本来没有颜色？科学家发现大脑中的“调色板”机制
- 科学|在太空中，免疫系统是否有影响？
- 科学|为什么没有人被暗物质杀死？
- 科学,黑洞|满怀期待，第一张黑洞视界照片！
- 科学,NASA|56年前的NASA航天器将坠落地球 不会构成威胁
- 科学|既然所有的生命都要死亡，那么生命的意义是什么？
- 科学|中国将发射超强卫星，功能领先多国，将于明年发射
- 科学|哈勃：出现宇宙碰撞之前！“仙女银河”外围已撞上，影响地球吗？