「上帝粒子」常見衰變終於被「捕獲」。圖片來源：ATLAS/CERN
與世界上最大的原子加速器一起工作的物理學家如今發現最新、最奇怪的粒子——希格斯玻色子在大部分時間裡都在衰變。作為一個重量為130個質子的亞原子粒子，「上帝粒子」希格斯玻色子持續的時間僅有1納秒的一萬億分之十，隨後它便衰變為更小的粒子。
用瑞士日內瓦附近的歐洲粒子物理實驗室（CERN）的大型強子對撞機（LHC）工作的物理學家8月28日報告說，已經發現了希格斯粒子衰變為一個叫做底夸克的粒子和它的反物質對應物—— 一個反底夸克（如圖所示）。這一「常見衰變」的捕獲被研究人員看作是探索希格斯玻色子的裡程碑。
根據粒子物理學標準模型預測，57%的時間內希格斯玻色子都會衰變成一對底夸克，也就是6種夸克中第二重的夸克。然而具有諷刺意味的是，觀察到這種衰變是非常困難的，因為LHC中極其混亂的碰撞產生了大量的底夸克和反底夸克，從而掩蓋了所需的信號。
新的觀測結果支持了標準模型對這一「常見衰變」的預測。研究人員說，如果觀測結果與標準模型的預測不符，則會動搖標準模型的基礎並指出新的物理學方向。
40多年前，科學家們建立起一套名叫「標準模型」的粒子物理學理論，但這一理論一直缺少最後一塊拼圖，即希格斯玻色子。這一難以尋覓又極為重要的「上帝粒子」被認為是解釋其他粒子如何獲取質量的關鍵。2012年7月，LHC研究人員宣布發現希格斯玻色子，這是LHC最為顯赫的成績。
研究人員介紹，希格斯玻色子有多個衰變通道，此次觀測到其常見的衰變通道（衰變為底夸克）絕非易事，主要困難在於質子和質子的碰撞中存在許多產生底夸克的其他方法，因此很難將希格斯玻色子衰變信號與相關幹擾隔離開。相比而言，物理學家在6年前發現希格斯玻色子時觀察到它不太常見的衰變通道——比如衰變為一對光子——則更容易從背景中提取。這一衰變理論預測只有9%的時間發生。
為提取信號，大型強子對撞機兩個實驗項目組ATLAS和CMS各自組合了大型強子對撞機的兩次運行數據進行分析。結果檢測到希格斯玻色子衰變為一對底夸克。此外，兩個項目組還在當前的測量精度範圍內測量到與標準模型預測相一致的衰減速率。
ATLAS合作發言人卡爾·雅各布表示，這一最新發現是探索希格斯玻色子過程中的一個裡程碑，表明ATLAS和CMS實驗對其數據的深刻理解和對背景的控制已經超出了預期。
希格斯粒子是物理學家對所有其他基本粒子如何獲得質量的複雜解釋的核心。這一新的發現標誌著科學家搞清希格斯玻色子是否真的會以標準模型預測的速率衰變為各種粒子組合的一個關鍵步驟。如果衰變速率與理論預測不相符，那將是一個確定的跡象，表明新的粒子仍有待發現，並可能在LHC的掌握之中。