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科学家捕获“上帝粒子”最常见衰变
2018-08-30 阅读次数:

  与世界上最大的原子加速器一起工作的物理学家如今发现最新、最奇怪的粒子——希格斯玻色子在大部分时间里都在衰变。作为一个重量为130个质子的亚原子粒子,“上帝粒子”希格斯玻色子持续的时间仅有1纳秒的一万亿分之十,随后它便衰变为更小的粒子。
  用瑞士日内瓦附近的欧洲粒子物理实验室(CERN)的大型强子对撞机(LHC)工作的物理学家8月28日报告说,已经发现了希格斯粒子衰变为一个叫做底夸克的粒子和它的反物质对应物—— 一个反底夸克。这一“常见衰变”的捕获被研究人员看作是探索希格斯玻色子的里程碑。
  根据粒子物理学标准模型预测,57%的时间内希格斯玻色子都会衰变成一对底夸克,也就是6种夸克中第二重的夸克。然而具有讽刺意味的是,观察到这种衰变是非常困难的,因为LHC中极其混乱的碰撞产生了大量的底夸克和反底夸克,从而掩盖了所需的信号。
  新的观测结果支持了标准模型对这一“常见衰变”的预测。研究人员说,如果观测结果与标准模型的预测不符,则会动摇标准模型的基础并指出新的物理学方向。
  40多年前,科学家们建立起一套名叫“标准模型”的粒子物理学理论,但这一理论一直缺少最后一块拼图,即希格斯玻色子。这一难以寻觅又极为重要的“上帝粒子”被认为是解释其他粒子如何获取质量的关键。2012年7月,LHC研究人员宣布发现希格斯玻色子,这是LHC最为显赫的成绩。
  研究人员介绍,希格斯玻色子有多个衰变通道,此次观测到其常见的衰变通道(衰变为底夸克)绝非易事,主要困难在于质子和质子的碰撞中存在许多产生底夸克的其他方法,因此很难将希格斯玻色子衰变信号与相关干扰隔离开。相比而言,物理学家在6年前发现希格斯玻色子时观察到它不太常见的衰变通道——比如衰变为一对光子——则更容易从背景中提取。这一衰变理论预测只有9%的时间发生。
  为提取信号,大型强子对撞机两个实验项目组ATLAS和CMS各自组合了大型强子对撞机的两次运行数据进行分析。结果检测到希格斯玻色子衰变为一对底夸克。此外,两个项目组还在当前的测量精度范围内测量到与标准模型预测相一致的衰减速率。
  ATLAS合作发言人卡尔·雅各布表示,这一最新发现是探索希格斯玻色子过程中的一个里程碑,表明ATLAS和CMS实验对其数据的深刻理解和对背景的控制已经超出了预期。
  希格斯粒子是物理学家对所有其他基本粒子如何获得质量的复杂解释的核心。这一新的发现标志着科学家搞清希格斯玻色子是否真的会以标准模型预测的速率衰变为各种粒子组合的一个关键步骤。如果衰变速率与理论预测不相符,那将是一个确定的迹象,表明新的粒子仍有待发现,并可能在LHC的掌握之中。

 

 

文章来源:中国科学报
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