北京時(shí)間 2 月 18 日消息，據(jù)國外媒體報(bào)道，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了希格斯玻色子罕見衰變的首個(gè)證據(jù)，從而擴(kuò)大了我們對(duì)奇怪的量子宇宙的理解。
2012 年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)表彰了一項(xiàng)突破性的發(fā)現(xiàn)：希格斯玻色子的發(fā)現(xiàn)。近 50 年前，物理標(biāo)準(zhǔn)模型預(yù)測(cè)，存在這樣一種亞原子粒子。希格斯玻色子十分不穩(wěn)定，生產(chǎn)后會(huì)迅速衰變?yōu)橘|(zhì)量更小的離子，如兩個(gè)光子（輕粒子）。
現(xiàn)在，在瑞士，歐洲核子研究組織的大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)的研究人員使用 ATLAS 和 CMS，發(fā)現(xiàn)了罕見的希格斯玻色子衰變的證據(jù)，其中該亞原子粒子衰變?yōu)橐粋€(gè)光子和兩個(gè)輕粒子。輕粒子是一種可以帶電或不帶電的基本粒子。（例如，電子和μ子就是兩種帶電的輕粒子。）具體而言，研究人員發(fā)現(xiàn)證據(jù)，可以證明希格斯玻色子可以衰變成一個(gè)光子和一對(duì)電子，或一個(gè)光子和一對(duì)電荷相反的μ子。
通過使用標(biāo)準(zhǔn)模型，科學(xué)家能夠預(yù)測(cè)出，希格斯玻色子可以衰變成不同的基本粒子，其中比較 “普遍”的一種是衰變成兩個(gè)光子。他們還可以估計(jì)出，希格斯玻色子衰變成不同粒子組合的頻率，但希格斯玻色子衰變成一個(gè)光子和兩個(gè)輕粒子卻十分罕見。
在這種衰變類型中，希格斯玻色子在生成后迅速變成一個(gè)光子和一個(gè)被科學(xué)家們稱為 “虛擬光子”粒子。這個(gè) “虛擬光子”（也稱為 “離殼光子”）接著馬上衰變成其他粒子。而在這個(gè)衰變類型中，“虛擬光子”則衰變成了兩個(gè)輕粒子。大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī) ATLAS 實(shí)驗(yàn)室的粒子物理學(xué)家詹姆斯 · 比徹姆說，該 “虛擬光子”具有非常小的非零質(zhì)量，而普通光子則完全沒有質(zhì)量。
在一項(xiàng)新的研究中，大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)的研究人員發(fā)現(xiàn)了希格斯玻色子罕見衰變的首個(gè)證據(jù)。
比徹姆補(bǔ)充說，這兩個(gè) “撞擊了熱量計(jì)的”輕粒子 “彼此非常接近”。大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)的熱量計(jì)，可以阻止粒子碰撞產(chǎn)生的粒子。當(dāng)該工具阻止或 “吸收”了粒子時(shí)，科學(xué)家便可以發(fā)現(xiàn)和研究它們。
雖然科學(xué)家們已經(jīng)預(yù)測(cè)希格斯玻色子應(yīng)該存在這種類型的衰變，但比徹姆說，這一新的發(fā)現(xiàn)是 “該希格斯玻色子極罕見衰變模式的第一個(gè)證據(jù)”。
但是，比徹姆接著補(bǔ)充說，研究團(tuán)隊(duì)想要直接觀察到這種罕見的衰變，或許需要等到他們?cè)诮酉聛淼母吡炼却笮蛷?qiáng)子對(duì)撞機(jī)項(xiàng)目中，將設(shè)備升級(jí)之后。（這將在 LHC Run 3 之后進(jìn)行。本研究中使用的數(shù)據(jù)來自于 Run 2，即 2015 年開始到 2018 年結(jié)束的第二輪大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)運(yùn)行。Run 3 將于 2022 年 3 月開始。）
ATLAS 的一份聲明寫道：“隨著高亮度 LHC 項(xiàng)目預(yù)期可以提供大量的數(shù)據(jù)，研究希格斯玻色子的罕見衰變將成為新常態(tài)?！?/p>
通過研究這類罕見的衰變，科學(xué)家們可以探索超越標(biāo)準(zhǔn)模型的新物理可能性。比徹姆表示，標(biāo)準(zhǔn)模型解釋了我們現(xiàn)實(shí)宇宙中的很多事物，但其中并不包括重力或暗物質(zhì)。人們認(rèn)為，已知宇宙中 80% 的物質(zhì)為不發(fā)光且無法被直接觀測(cè)到的暗物質(zhì)。然而，科學(xué)家們至今還不清楚暗物質(zhì)到底是什么。
他說：“我們一直在嘗試拓展標(biāo)準(zhǔn)模型。我們必須找到一個(gè)窗口或傳送門，從我們的世界進(jìn)入這個(gè)黑暗的未知世界。其中一個(gè)希望就是希格斯玻色子?！北葟啬愤€解釋，這個(gè) “黑暗的未知世界”涵蓋了標(biāo)準(zhǔn)模型以外的物理學(xué)。
但是，目前也無需過于興奮。比徹姆說，新的研究 “并未提供任何關(guān)于希格斯玻色子進(jìn)入該’黑暗未知世界’的新信息”。但是，他也強(qiáng)調(diào)，“新研究證明，我們可以較為輕松地尋找到這種罕見的現(xiàn)象”——這可以推動(dòng)全面的探索。
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