發現罕見事件,希格斯玻色子衰變成Z玻色子/光子對

2020-12-05 十輪網

希格斯玻色子的發現讓粒子學標準模型趨於完備，從2012年至今，科學家陸續觀察到一些重要衰變過程，然而還沒觀察到它們衰變成罕見的Z玻色子/光子對（Zγ）——直到最近。這道衰變對物理學家來說特別有意義，因為其中可能涉及大量「虛擬」粒子（可能是新粒子）參與。

希格斯玻色子（Higgs boson）於2012年由大型強子對撞機（LHC）的超環面儀器（A Toroidal LHC ApparatuS，ATLAS）和緊湊緲子線圈（Compact Muon Solenoid，CMS）發現，可以分解成光子對、W玻色子對和Z玻色子對。由於它們的加入讓標準模型更完善解釋所有基本粒子間的作用，因此又被暱稱為上帝粒子。

這些年來，物理學家陸續從實驗中研究到希格斯玻色子不同的產生與衰變過程，比如衰變成底夸克（bottom quark）、與最重的粒子頂夸克耦合等，但最大問題仍在於，希格斯玻色子是否也可能與未知粒子或力相互作用，迄今為止，ATLAS觀測到由標準模型所預測的希格斯玻色子衰變過程幾乎佔了9成。

其中物理學家特別在意Z玻色子與光子對（Zγ）的罕見衰變，最近ATLAS團隊使用完整的LHC Run-2數據集分析希格斯玻色子事件，宣布終於找到希格斯玻色子衰變到Zγ對。

根據標準模型，大約只有0.15%希格斯玻色紫衰變成Zγ對，速率與希格斯玻色子衰變成2個光子相當，不同的是如此產生的Z玻色子非常不穩定，幾乎一生成就立即衰減，難以直接觀察。雖然Z玻色子有機會再次轉換成電子對或介子對，但以這種方式衰減的Z玻色子不到7%，大約10,000個標準希格斯玻色子中只能探測到約1個微小預期信號。

這些轉換極為罕見，除非涉及標準模型以外的物理學，否則在大型強子對撞機（LHC）上不會觀察到。

（首圖來源：Flickr/Steve JurvetsonCC BY 2.0）

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