希格斯玻色子最終被觀察到衰變為稱為底夸克的基本粒子

來自蘭卡斯特大學的專家在歐洲核子研究中心的一項突破性發現中分享了希格斯玻色子 - 一種新發現的粒子，有助於解釋所有物質如何「質量」 - 如預期的那樣衰變，使我們又向理解早期宇宙的形狀邁進了一步。

在最初發現的六年後， 希格斯玻色子 最終被觀察到衰變為稱為底夸克的基本粒子。該研究結果由歐洲核子研究中心 在大型強子對撞機(LHC)的 ATLAS 和 CMS合作中提出，其中蘭卡斯特大學是其中的一部分。

這一新發現與希格斯玻色子背後的彌散量子場也為底夸克提供質量的假設是一致的。

Roger Jones教授是蘭卡斯特大學物理系主任，負責英國歐洲核子研究中心ATLAS的計算。他說：「這一發現是一項非常詳細的研究的結果，涉及大多數ATLAS合作。蘭開斯特大學發揮了關鍵作用，在軌道測量方​​面進行了大量基礎工作，測量了粒子的壽命，並確定了所有有助於識別衰變衰變的μ子。蘭卡斯特團隊的成員也參與了龐大的處理系統，以便分析所需的大量數據集。

「這只是一個開始 - 我們的工作將繼續下去。我們才剛剛開始理解這個新的，真正基本的粒子，所以我們將繼續尋找其家族的其他成員，指出更廣泛地理解塑造早期宇宙的基本過程，並控制最小的相互作用。秤。」

粒子物理學的標準模型 預測，大約60%的時間希格斯玻色子會衰變成一對底夸克，這是六種夸克中第二重的夸克。測試這個預測是至關重要的，因為結果要麼支持標準模型 - 這是基於希格斯場賦予夸克和其他具有質量的基本粒子的想法 - 或者搖擺其基礎並指向新的物理學。

發現這種常見的希格斯 - 玻色子衰變通道絕非易事，正如玻色子發現後的六年時間 所示。困難的原因是在質子 - 質子碰撞中存在許多產生底夸克的其他方法。這使得很難將Higgs-boson衰變信號與與這些過程相關的背景「噪聲」隔離開。相比之下，在發現粒子時觀察到的不太常見的希格斯 - 玻色子衰變通道，例如衰變為一對光子，更容易從背景中提取。

為了提取信號，ATLAS和CMS合作各自組合了LHC的第一次和第二次運行的數據，其涉及能量為7,8和13 TeV的碰撞。然後，他們將複雜的分析方法應用於數據。ATLAS和CMS的結果是檢測到希格斯玻色子衰變為一對底夸克，其顯著性超過5個標準偏差。此外，兩個團隊在當前的測量精度範圍內測量了與標準模型預測一致的衰減速率。

「這一觀察是探索希格斯玻色子的裡程碑。它表明，ATLAS和CMS實驗已經深刻理解了他們的數據，並且對背景的控制超出了預期。ATLAS現已觀察到希格斯玻色子與第三代重夸克和輕子以及所有主要生產模式的所有耦合，「ATLAS合作發言人Karl Jakobs表示。

「自從一年前希格斯玻色子衰變為tau-leptons的第一次單實驗觀察以來，CMS和我們在ATLAS的同事一起觀察到希格斯玻色子與最重的費米子的耦合：tau，頂夸克，而現在是底夸克。卓越的LHC性能和現代機器學習技術使我們能夠比預期更早地實現這一結果，「CMS合作發言人喬爾巴特勒說。

隨著更多的數據，合作將提高這些和其他測量的精確度，並探測希格斯玻色子衰變為一對稱為μ子的質量較小的費米子，總是在觀察數據的偏差，這些偏差可能指向超出標準模型。

「實驗繼續留在希格斯粒子上，這通常被認為是新物理學的門戶。這些美好的早期成就也強調了我們升級LHC以大幅增加統計數據的計劃。現在已經證明分析方法達到了探索完整物理學領域所需的精度，包括迄今為止隱藏得如此微妙的新物理學，「CERN研究與計算主任埃克哈德埃爾森說。