重磅發現:上帝粒子衰變成兩個 子,並能與第二代粒子相互作用!

2020-11-25 騰訊網

在第40屆國際高能物理會議上（ICHEP），ATLAS和CMS實驗公布最新的結果表明：上帝粒子（希格斯玻色子）衰變成兩個 子。 子是電子的較重版本，具有相同的電荷，只是質量不同，電子也是構成宇宙物質的基本粒子之一。電子被歸類為第一代粒子，而 子則屬於第二代粒子。希格斯玻色子衰變為 子的物理過程是一種罕見現象，因為5000個希格斯玻色子中只有一個衰減成 子。

這些新結果對基礎物理學具有至關重要的意義，因為它們首次表明：希格斯玻色子與第二代基本粒子相互作用。歐洲核子研究中心(CERN)的物理學家自2012年發現希格斯玻色子以來，一直在研究它，以探索這種非常特殊的粒子的性質。由大型強子對撞機上的質子碰撞產生希格斯玻色子，幾乎瞬間瓦解（也就是所謂的衰變）變成其他粒子。研究希格斯玻色子性質的主要方法之一是：分析它如何衰變成各種基本粒子和解體速率。

CMS以 3 sigma獲得了這種衰變證據，這意味著從統計漲落中看到希格斯玻色子（上帝粒子）衰變成 子對的可能性不到700。阿特拉斯（ATLAS）的2 sigma結果意味著機率是40分之一。這兩個結果的結合，將大大增加3 sigma以上的意義，並為希格斯玻色子衰變成兩個 子提供強有力的證據。CMS實驗發言人羅伯託·卡林(Roberto Carlin)表示：CMS很自豪能夠實現對希格斯玻色子向 子衰變的這種敏感性。

能與第二代粒子相互作用

CMS並展示了這一過程的第一個實驗證據，希格斯玻色子（上帝粒子）似乎也與第二代粒子相互作用，這與標準模型的預測一致，這一結果將隨著下一次運行中收集的數據而進一步完善。希格斯玻色子是希格斯場的量子表現，希格斯場通過布勞特-恩格勒-希格斯機制賦予與其相互作用的基本粒子質量。通過測量希格斯玻色子衰變成不同粒子的速率，物理學家可以推斷它們與希格斯場相互作用的強度：

衰變成給定粒子的速率越高，它與場的相互作用就越強。到目前為止，ATLAS和CMS實驗已經觀察到希格斯玻色子衰變成不同類型的玻色子，如W和Z，以及更重的費米子，如τ輕子。2018年測量了與最重夸克（頂夸克和底夸克）的相互作用。相比之下， 子要輕得多， 子與希格斯場的相互作用也較弱。因此，以前在大型強子對撞機（LHC）上沒有看到過希格斯玻色子和 子之間的相互作用。

ATLAS發言人卡爾·雅各布斯(Karl Jakobs)表示：希格斯玻色子衰變為第二代物質粒子的證據，補充了一個非常成功的Run 2 Higgs物理計劃。對希格斯玻色子性質的測量，在精度和稀有衰變模式方面達到了一個新階段。這些成就依賴於大型大型強子對撞機數據集、ATLAS探測器的出色效率和性能，以及對新分析技術的使用。使這些研究更具挑戰性的是，在大型強子對撞機上，每預測一個希格斯玻色子衰減到兩個 子，就會有數千個 子對通過其他過程產生，模仿預期的實驗特徵。

與標準模型預測是一致

希格斯玻色子衰變成 子對特徵是聚集在125GeV的 子對質量附近的少量過剩事件，這是希格斯玻色子的質量。分離希格斯玻色子與 子對的相互作用並非易事。為了做到這一點，兩個實驗都從希格斯玻色子的衰變中測量 子候選者的能量、動量和角度。此外，通過複雜的背景建模策略和其他先進技術(如機器學習算法)等方法提高了分析的靈敏度。CMS結合了四個獨立的分析，每個分析都經過優化，以將物理事件與特定希格斯玻色子產生模式的可能信號進行分類。

阿特拉斯將其分為20類，目標是特定的希格斯玻色子產生模式。到目前為止，這些結果與標準模型的預測是一致，使用了從大型強子對撞機（LHC）第二次運行中收集的全部數據集。隨著粒子加速器下一次運行將記錄更多的數據，以及利用更高能量的大型強子對撞機(LHC)，ATLAS和CMS的合作，有望達到建立發現希格斯玻色子衰變到兩個 子所需的靈敏度（5sigma），並約束可能超出標準模型影響希格斯玻色子衰變模式的物理理論。

博科園｜研究/來自：第40屆國際高能物理會議/歐洲核子研究中心（CERN）

參考期刊《arXiv》

博科園｜科學、科技、科研、科普

相關焦點

  • 重磅發現：上帝粒子衰變成兩個µ子，並能與第二代粒子相互作用
    在第40屆國際高能物理會議上（ICHEP），ATLAS和CMS實驗公布最新的結果表明：上帝粒子（希格斯玻色子）衰變成兩個µ子。µ子是電子的較重版本，具有相同的電荷，只是質量不同，電子也是構成宇宙物質的基本粒子之一。電子被歸類為第一代粒子，而µ子則屬於第二代粒子。希格斯玻色子衰變為µ子的物理過程是一種罕見現象，因為5000個希格斯玻色子中只有一個衰減成µ子。
  • 最新發現:上帝粒子也會衰變,希格斯玻色子會衰變為μ子對!
    本文參加百家號科學#了不起的基礎科學#系列徵文上帝粒子-希格斯玻色子還能讓我們大吃一驚嗎？自2012年發現以來，歐洲核子研究中心ATLAS和CMS合作一直在積極研究這一最新、最神秘的粒子物理學標準模型附加特性。
  • 上帝粒子也會衰變！最新發現：希格斯玻色子，會衰變為μ子對！
    上帝粒子-希格斯玻色子還能讓我們大吃一驚嗎？自2012年發現以來，歐洲核子研究中心ATLAS和CMS合作一直在積極研究這一最新、最神秘的粒子物理學標準模型附加特性。在標準模型中，布倫-恩格勒-希格斯預測希格斯玻色子將與物質粒子(夸克和輕子，稱為費米子)相互作用，其強度與粒子的質量成正比，還預測希格斯玻色子將與力載體粒子(W和Z玻色子)相互作用，其強度與粒子質量的平方成正比，因此，通過測量希格斯玻色子的衰變和產生速率。
  • 為什麼大多數粒子會衰變？
    物理學家已經發現了大量的粒子，而且今後還有可能發現更多。但是大多數種類的粒子並不只是呆在地板上等待我們掃出來，我們不得不設計一些像大型強子對撞機那樣的特殊機器，來發現和研究它們。為什麼要這樣做呢？因為除了可以構成我們以及日常生活中物體的粒子以外，大多數的粒子都會在大約百萬分之一秒之後破碎（衰變）成為其他的粒子，就與我們徹底拜拜了。
  • 粒子的衰變與湮滅
    在這裡粒子衰變談到的基本粒子轉變成別的基本粒子，這類的衰變很奇怪，因為最後產生的不是初始粒子一類，而是全新的粒子。接下來我們會談到不同類型的衰變，以及在什麼情況下衰變會或不會發生。。放射性故事要從19世紀末說起。德國物理學家倫琴發現，當一束電子射到一塊金屬的時候，會產生一種奇怪的射線。
  • 上帝粒子是什麼?
    近年來最令粒子物理界興奮的事件莫過於2012年LHC上的實驗發現了被稱為「上帝粒子」的希格斯玻色子，而其中兩位「上帝粒子」的提出者也因此獲得了2013年的諾貝爾物理學獎。它又是如何作用的？下面利用樂高積木來認識一下。一、上帝粒子上帝粒子，也稱希格斯玻色子。希格斯玻色子（英語：Higgs boson）是粒子物理學標準模型預言的一種自旋為零的玻色子，不帶電荷、色荷，極不穩定，生成後會立刻衰變。希格斯玻色子是非常重要的粒子。
  • 「上帝粒子」常見衰變終於被「捕獲」
    新華社日內瓦８月２８日電（記者劉曲）歐洲核子研究中心２８日宣布，在發現「上帝粒子」——希格斯玻色子６年後，研究人員終於觀測到它衰變為被稱為底夸克的基本粒子。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。
  • 科學家捕獲「上帝粒子」最常見衰變
    「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）。
  • 法媒:科學家終於看見「上帝粒子」衰變
    參考消息網8月30日報導法媒稱，在追蹤了希格斯玻色子（賦予物體質量的亞原子粒子，即「上帝粒子」）六年後，物理學家28日表示，他們「終於」觀察到希格斯玻色子衰變為被稱為「底夸克」的微小粒子。據法新社8月28日報導，歐洲核子研究中心物理實驗室宣布，預測到的衰變是在大型強子對撞機上觀察到的。該大型強子對撞機因在2012年發現希格斯粒子而聞名於世，並且這一發現獲得了諾貝爾獎。
  • 發現「上帝粒子」衰變過程對普通人意味著什麼?
    發現「上帝粒子」衰變過程對普通人意味著什麼？有可能在未來某一天，我們對玻色子、夸克及其伴隨而來的神秘現象有了充分理解後，能開發新的、更清潔的能源，到其他太陽系旅行，或者活得更長、更健康。關於希格斯玻色子，物理學家們早在幾十年就推測到它的存在，但直到2012年，它才第一次在大型強子對撞機中被發現。這很重要，因為按照主流理論，希格斯玻色子和一種被稱為「希格斯場」的普遍能量場的相互作用，是亞原子粒子獲得質量的原因。
  • 上帝粒子是什麼?(內含福利)
    我們可以想像每塊積木都是由數以億計的粒子構成的，從宇宙大爆炸開始，到認識希格斯玻色子（上帝粒子），再到對未來粒子物理學發展的暢想，這是一次獨特而美妙的探索之旅！雖然積木的類比並不能完美地描述自然，但是卻能讓我們用最簡單的方法了解宇宙的全景。那麼上帝粒子到底是什麼呢？
  • ...著「上帝粒子」之稱的神秘粒子,被認為是宇宙中所有基本粒子的...
    3年前，他押下100美元的賭注，打賭人類永遠也不可能發現希格斯粒子——這種有著「上帝粒子」之稱的神秘粒子，被認為是宇宙中所有基本粒子的質量之源。　　2011年12月13日，歐洲核子研究中心召開研討會宣布，目前世界上「最強大的超級顯微鏡」——大型強子對撞機尋找希格斯粒子時出現「重要進展」。
  • 2013諾貝爾物理學獎深度解讀:「上帝粒子」希格斯粒子
    觀測到的這個「鼓包」表明，在質量大約為125 GeV的地方，存在一種新的粒子。圖片來源：《新科學家》這並不是唯一的證據。希格斯玻色子還應該會衰變成兩個Z玻色子，然後再進一步衰變成兩個輕子。果真如此的話，它的質量可能來自於它與自身的相互作用，而並非來自於它同希格斯場的相互作用。靈敏的地下實驗裝置正在尋找極其罕見的核衰變，那些衰變或許會告訴我們答案。大型強子對撞機中的質子－質子對撞，能夠產生出希格斯玻色子，但希格斯玻色子轉瞬就會衰變成其他粒子。通過分析衰變產物，科學家能夠反推出希格斯玻色子。圖片來源：《新科學家》符合標準模型嗎？
  • ...上帝粒子」之稱的神秘粒子,被認為是宇宙中所有基本粒子的質量...
    3年前，他押下100美元的賭注，打賭人類永遠也不可能發現希格斯粒子——這種有著「上帝粒子」之稱的神秘粒子，被認為是宇宙中所有基本粒子的質量之源。　　2011年12月13日，歐洲核子研究中心召開研討會宣布，目前世界上「最強大的超級顯微鏡」——大型強子對撞機尋找希格斯粒子時出現「重要進展」。
  • 上帝粒子是什麼? - 科學探索 - cnBeta.COM
    近年來最令粒子物理界興奮的事件莫過於2012年LHC上的實驗發現了被稱為「上帝粒子」的希格斯玻色子，而其中兩位「上帝粒子」的提出者也因此獲得了2013年的諾貝爾物理學獎。它又是如何作用的？下面利用樂高積木來認識一下。一、上帝粒子上帝粒子，也稱希格斯玻色子。希格斯玻色子（英語：Higgs boson）是粒子物理學標準模型預言的一種自旋為零的玻色子，不帶電荷、色荷，極不穩定，生成後會立刻衰變。希格斯玻色子是非常重要的粒子。
  • 探索上帝粒子與質量起源
    LHC的這個新發現可能就是科學界已經盼望長達45年的「上帝粒子」？從而找到了所有基本粒子質量起源的線索？高能物理學界為了這個革命性發現的到來已經拼搏了近半個世紀，加之 LHC兩個國際實驗合作組共 6000多人的辛勤工作，其科學意義和影響早已大大超出了一個普通諾貝爾獎所能褒獎的範疇。因此，這是一份沉甸甸的諾貝爾物理學獎。
  • 微觀世界的「上帝粒子」是怎麼一回事,它和「上帝」有沒有關係?
    「上帝粒子」與上帝無關 希格斯玻色子常被媒體稱為「上帝粒子」。當歐洲核子研究中心在2012年7月4日宣布發現具有希格斯玻色子若干特徵的新粒子後，提出相關理論的英國愛丁堡大學退休教授彼得·希格斯成了關注焦點。
  • 大型強子對撞機實驗:「上帝粒子」常見衰變終被「捕獲」
    歐洲核子研究中心8月28日宣布，在發現「上帝粒子」——希格斯玻色子6年後，研究人員終於觀測到它衰變為被稱為底夸克的基本粒子。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，約60％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。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。
  • 歐洲核子研究中心宣布首次觀測到希格斯玻色子衰變為兩個渺子
    渺子是電子的一個更重的複製品，是構成宇宙物質內容的基本粒子之一。電子被歸為第一代粒子，而渺子屬於第二代粒子。希格斯玻色子衰變為渺子的物理過程是一個罕見的現象，因為大約每5000個希格斯玻色子中只有一個衰變為渺子。這一新發現對基礎物理學具有舉足輕重的意義，因為它首次證明希格斯玻色子與第二代基本粒子相互作用。
  • 下一個上帝粒子:發現宇宙中微子將成焦點
    原標題：下一個上帝粒子：發現宇宙中微子將成焦點 　　 　　它們是具有非常奇怪特性的基本粒子，它們幾乎不會與物質發生相互作用，這使得確定它們的存在變得異常困難。每秒鐘有上萬億顆中微子經過你的身體，但在你的一生之中，這些中微子可能只有25%的機會與體內原子發生相互作用。 　　中微子從何而來？