希格斯玻色子十萬億分之一秒之後的衰變之謎

科學家們可能已經觀察到希格斯玻色子正在做一個新的把戲：製造成對的μ子。

2012年，當希格斯玻色子在大型強子對撞機（LHC）被發現時，它是粒子物理難題標準模型的最後一塊，這個粒子長期以來被理論化為與夸克、電子、中微子、μ子、膠子、光子和其他已知粒子共存，但從未見過。

另一種觀點是：質量越大，基本粒子與希格斯玻色子（及其場）的相互作用或耦合就越強烈。

證明希格斯粒子和其他粒子之間耦合的一種方法是觀察它的衰變產物。希格斯玻色子的存在是轉瞬即逝的，一旦它彈出，它「存活」的時間只有156000億分之一秒，幾乎立即分裂成其他粒子。

物理學家說，每次物理學家發現一個新的希格斯衰變粒子，就證明了希格斯粒子和從其衰變中出來的粒子之間存在「耦合」。這種耦合證明了希格斯場確實給出射粒子注入了質量。

這就是為什麼自從希格斯發現之後，研究人員一直在尋找這些衰變產物的線索。

通常，希格斯粒子會衰變成更大質量的粒子，比如對底夸克。但是，在大型強子對撞機中製造出足夠多的希格斯玻色子，其中一些會衰變成與之耦合的更輕的粒子，比如μ介子。

如果希格斯粒子在大型強子對撞機中衰變為兩個μ介子，這是我們能探測到的最罕見的「上帝粒子」衰變之一。這將首次證明μ子-希格斯耦合——再次證明一個基本粒子的質量來自希格斯場。

現在，有令人信服但還不是壓倒性的證據表明希格斯粒子正在衰變為大型強子對撞機中的μ子對。研究人員在研究小型μ介子螺線管（CMS）的數據時發現，在大型強子對撞機上飛行的μ子「過多」。

大型強子對撞機是一個充滿強烈碰撞質子的環境，它有很多意外產生μ介子的方法。證明希格斯粒子正在衰變成μ介子對意味著在大量的背景噪聲中找到了額外μ介子的細微信號。

在機器學習算法的幫助下，研究人員發現這一小部分無法解釋的μ介子只有0.27%是隨機出現的。儘管已經有很大的數據可信度，但斯皮羅普魯依然謹慎地說希格斯-μ介子耦合還沒有完全被證明。

從事大型強子對撞機（LHC）相關實驗的研究人員也發現了希格斯-μ介子耦合的證據，但數據探測的精確性還有待論證，他們的信號有4.5%的機率可能只是背景噪音。

儘管如此，物理學家們相信，希格斯玻色子衰變到它所耦合的每一個粒子的頻率可以通過該粒子質量的平方來預測，因此更重的粒子出現的頻率要高得多。

斯皮羅普魯說，大型強子對撞機在探測較輕的希格斯衰變產物方面，可能正在突破其靈敏度的極限。例如，對撞機的功率和靈敏度都不足以產生足夠的希格斯電子衰變，供科研人員測量。而且它遠不及測量希格斯粒子和超輕中微子之間耦合所需的設備水平。

未來的對撞機可能會調整到希格斯質量，並產生足夠的事件來產生更罕見的耦合。她說，隨著探測器變得越來越靈敏，它們可能會發現與標準模型不符的地方，從而引領新的物理學思想。