希格斯玻色子衰变的首次观测为粒子物理学打开了新的大门

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摘要：令人惊讶的是，希格斯玻色子最常以这种方式衰变。因此，由希格斯玻色子衰变为底夸克而产生的底夸克完全被更普通的过程所形成的底夸克对所淹没。因此，基本上不可能确定底夸克是通过希格斯玻色子衰变产生的那些事件。今天，两个实验合作宣布观测希格斯玻色子的相关产生，希格斯玻色子的特定衰变为一对物质反物质的底夸克。“KdSPE”“KdSPS”因此，了解希格斯玻色子衰变成其他粒子的速率，并将其与预测的衰变率进行比较是至关重要的。

如果你是过去几年的科学爱好者，你会意识到大型强子对撞机（LHC）将产生令人兴奋的结果，2012年，大型强子对撞机发现了希格斯玻色子，亚原子粒子负责为基本亚原子粒子提供质量。

今天，物理学家们还有另一个令人兴奋的消息要补充希格斯传奇：他们首次明确地观测到希格斯玻色子衰变为一对物质反物质底夸克。令人惊讶的是，希格斯玻色子最常以这种方式衰变。

这一新发现表明理论预测和实验数据之间有很强的一致性，这反过来又会对更基本的物理学的概念提出严格的限制，这些理论试图解释希格斯玻色子为什么存在。“20世纪60年代的梦的KDSPE”领域“KDSPs”，研究者们正在研究电磁力与弱核力之间的联系，这是导致某些类型的放射性衰变的原因。虽然这两种力看起来是不同的，但事实证明，它们都是由一种共同的、更基本的力产生的，现在称为电弱力。

，然而，存在一个问题。这一理论最简单的体现就是所有的粒子都有零质量。即使在20世纪60年代，物理学家也知道亚原子粒子有质量，所以这可能是一个致命的缺陷。

几个科学家小组提出了一个解决这个问题的 ... ：一个场渗透到宇宙中，它被称为希格斯场。基本的亚原子粒子与这个场相互作用，这个相互作用给了它们质量。（6发现希格斯玻色子的含义）“KdSPE”“KdSPs”的存在也暗示了亚原子粒子的存在，称为希格斯玻色子，这是由瑞士欧洲原子能研究中心（CERN）实验室的研究人员在2012发现的。（披露：我是一个研究小组的合作者，这个小组最初的发现和今天的公告都是由我完成的）因为他们对希格斯场的预测，英国物理学家彼得·希格斯和比利时物理学家弗朗索瓦·恩格勒 ... 同获得2013年诺贝尔物理学奖，

希格斯玻色子是在加速到接近光速的粒子对之间的高能碰撞中产生的。这些玻色子的寿命不是很长，只有10^22秒。以光速运动的一个粒子，其寿命将比原子大小的距离早得多。因此，不可能直接观测到希格斯玻色子。只有观察它们的衰变产物并用它们来推断母玻色子的性质，才有可能。

希格斯玻色子的质量为125千兆电子伏特（GeV），或者比质子重约133倍。根据公认的理论计算，希格斯玻色子衰变成下列粒子对的百分比如下：底夸克（58%）、W玻色子（21%）、Z玻色子（6%）、τ轻子（2.6%）和光子（0.2%）。剩下的部分是更奇特的配置。今天宣布的一个关键结果是验证了底部夸克的预测是正确的。[奇怪的夸克和介子，天哪！2012年物理学家宣布发现希格斯玻色子时，他们依赖于它衰变成Z玻色子、W玻色子和光子，而不是底夸克。原因其实非常简单：那些特定的衰变更容易识别。在大型强子对撞机可用的碰撞能量下，希格斯玻色子每10亿次碰撞中只有一次产生。在大型强子对撞机上，大量的碰撞是通过强核力的相互作用发生的，而强核力是（目前为止）最强大的亚原子力，负责将原子核固定在一起。

的问题是，在涉及强核力的相互作用中，一对物质反物质的产生底夸克真的很常见。因此，由希格斯玻色子衰变为底夸克而产生的底夸克完全被更普通的过程所形成的底夸克对所淹没。因此，基本上不可能确定底夸克是通过希格斯玻色子衰变产生的那些事件。这就好比试图在一个装满立方氧化锆的50加仑桶里找到一颗钻石。

因为很难或不可能分离希格斯玻色子衰变为底夸克的碰撞，科学家需要另一种 ... 。因此，研究人员寻找了另一类事件——希格斯玻色子与W或Z玻色子同时产生的碰撞。研究人员称这类碰撞为“关联产生”，

W玻色子和Z玻色子是导致弱核力的原因，它们可以以不同且容易识别的方式衰变。关联产生比非关联产生希格斯玻色子少，但W或Z玻色子的存在大大提高了研究人员识别包含希格斯玻色子事件的能力。希格斯玻色子的相关产生技术是在芝加哥郊外的费米国家加速器实验室首创的。由于该设施的低能粒子加速器，实验室从未宣称发现了希格斯玻色子，但它的研究人员的知识在今天的声明中发挥了重要作用。

大型强子对撞机加速器拥有两个能够观测希格斯玻色子的大粒子物理探测器——紧凑型μ子螺线管（CMS）和环形强子对撞机（ATLAS）。今天，两个实验合作宣布观测希格斯玻色子的相关产生，希格斯玻色子的特定衰变为一对物质反物质的底夸克。

，而对这种衰变模式的简单观测是科学知识的重大进步，它有一个更重要的结果。事实证明，早在1964年提出的希格斯场并不是由一个更基本的想法驱动的。它被简单地添加到标准模型中，这个模型描述了亚原子粒子的行为，就像一个创可贴。（在希格斯场被提出之前，标准模型预测了无质量粒子。希格斯场作为标准模型的一个特别附加部分被包括进来之后，粒子现在有质量了。）因此，探索衰变概率的预测对于寻找与基础理论联系的线索是非常重要的。自20世纪60年代以来，已经有了更多的最近和全面的理论，这些理论预言可能存在不止一种类型的希格斯玻色子。“KdSPE”“KdSPS”因此，了解希格斯玻色子衰变成其他粒子的速率，并将其与预测的衰变率进行比较是至关重要的。说明一致性的最简单 ... 是报告观测到的衰变率除以预测的衰变率。两者之间达成更好的协议将产生接近1的比率。CMS实验在今天的公告中发现了极好的一致性，预测与观测的比率为1.04±0.20，ATLAS的测量结果也很相似（1.01±0.20）。这项令人印象深刻的协议是当前理论的一次胜利，尽管它并没有指明希格斯现象更基本起源的方向。

大型强子对撞机将持续运行到12月初。然后，该公司将暂停运营两年，进行翻新和升级。在2021年春天，它将恢复运作，大大增强能力。加速器和探测器预计将在20世纪30年代中期继续采集数据，记录的数据将是目前记录的数据的30倍以上。随着数据的增加和能力的提高，希格斯玻色子很可能还有故事要讲。

最初发表在《生命科学》杂志上。

Don Lincoln将这篇文章贡献给了《生命科学》的专家之声：Op Ed&Insights。“

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