物理學:希格斯玻色子頂級夸克與裡程碑對撞機的發現有關?

2020-12-05 百家號

物理學:希格斯玻色子頂級夸克與裡程碑對撞機的發現有關?

通過佛羅裡達理工學院物理學家Francisco Yumiceva,Marcus Hohlmann和Marc Baarmand在大型強子對撞機上進行的一項實驗觀察,首次將標準模型中最重的兩個基本粒子連接起來。

使用Compact Muon Solenoid(CMS)探測器作為一個巨大的高速攝像機,每秒鐘從各個方向拍攝三維「照片」的粒子碰撞,每秒可達4000萬次,位於日內瓦附近的CERN碰撞器的科學家們瑞士宣布了一項研究結果,揭示了希格斯玻色子與最重的已知基本粒子頂夸克的相互作用。

來自CMS團隊和另一項稱為ATLAS的合作測量結果表明希格斯玻色子在頂夸克質量的大值中起著關鍵作用。雖然這肯定是標準模型的一個關鍵特徵 - 物理學中的總體理論描述了物質的基本組成部分和管理它們相互作用的力量 - 這是第一次通過實驗驗證一位發言人稱之為「壓倒一切的重要性。「

在標準模型中,希格斯玻色子可以耦合到稱為費米子的粒子。製造規則原子的電子和質子是費米子的例子。最重的已知費米子是頂夸克。通常,科學家可以通過測量希格斯玻色子與其他較輕粒子的衰變速率來測量希格斯玻色子與費米子的耦合強度。但由於希格斯玻色子不能衰變為一對頂夸克,因此測量這種耦合的唯一方法是研究與頂夸克相關的希格斯玻色子的產生。

「這是我們的探測器中第一次觀察到這些事件,」CMS合作的長期成員Yumiceva說。「我們已經看到希格斯玻色子與其他粒子的相互作用,但從未與最重的粒子 - 頂夸克相互作用。」研究人員本月在物理評論快報上發表了他們關於希格斯玻色子頂夸克關係的證據。

Yumiceva說:「我們並不希望這麼快就能得到這樣的結果。」他補充說,由於可以獲得優秀的實驗數據以及使用複雜的分析方法確保達到所需的統計精度,因此實現了這些結果。

除了Yumiceva,Hohlmann和Baarmand之外,CMS的佛羅裡達技術團隊還包括最近的畢業生Vallary Bhopatkar,博士後研究科學家Stefano Colafranceschi和Daniel Noonan,以及眾多的本科生和研究生。該小組積極參與兩個主要的探測器升級,並進行了幾項數據分析,以精確測量希格斯玻色子和頂夸克粒子的特性。

ATLAS和CMS獨立報導了希格斯玻色子的發現。該公告在全球範圍內成為頭條新聞:該發現證實了標準模型中最後一個缺失的基本粒子的存在,在理論上預測了希格斯玻色子後半個世紀。同時,這一發現也標誌著確定新發現粒子特性的實驗程序的開始。

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    2012年物理學家發現了希格斯玻色子(Higgs boson)。希格斯玻色子是由標準模型預測的一種基本粒子,與物體的質量有關。但這一發現並沒有標誌著希格斯玻色子探索的結束。除了預測希格斯玻色子粒子的存在,標準模型還假設60%的情況下,希格斯玻色子粒子將衰變為基本粒子,即底夸克(b夸克)。
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    兩年前,科學家觀察到希格斯玻色子(上帝粒子)衰變成一對底夸克(H→BB),現在將其研究從「發現時代」推進到「測量時代」。通過測量希格斯玻色子的性質,並將其與理論預測進行比較,物理學家可以更好地理解這種獨特的粒子,並在這個過程中,尋找與預測的偏差,這些預測將指向超出科學界目前對粒子物理學理解的新物理過程。其中一個偏差可能是在特定條件下產生希格斯玻色子的速率。
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