希格斯玻色子質量分佈獲迄今最精確測量

科技日報記者 劉霞

大型強子對撞機（LHC）緊湊渺子線圈（CMS）國際合作組在最新一期《自然·物理學》雜誌上撰文指出，他們對希格斯玻色子的質量分佈——“寬度”作了迄今最精確測量：3.2兆電子伏特。這與標準模型預測一致，但比此前測量更精確，此前測量僅指出其寬度必須小於9.2兆電子伏特。

在粒子物理標準模型中，希格斯玻色子賦予所有其他基本粒子質量，2012年LHC首次發現了希格斯玻色子。但希格斯玻色子的性質很難確定，因為它會很快衰變為其他粒子，且並不總是以相同質量出現。

CMS成員之一格雷格·蘭德斯伯格解釋稱，後者是海森堡不確定性原理的一個結果。該原理認為，任何在有限時間內存在的粒子都必須擁有可能的能量和質量範圍——寬度，而非固定值。在幾乎所有實驗中，寬度非常小的粒子都擁有相同的質量，而寬度較大粒子的質量則非常不一致，物理學家迄今僅對希格斯玻色子的寬度進行了不精確估算。

在最新研究中，CMS合作組根據2016年至2018年LHC第二輪運行期間收集的數據，確定了希格斯玻色子的寬度。他們的策略是比較希格斯玻色子衰變為其他兩個粒子的兩個不同過程的數據。在一個過程中，一個質量異常巨大的希格斯玻色子衰變為兩個Z玻色子。在另一種情況下，希格斯玻色子的質量為理論模型預測更常見的質量。通過比較，研究人員計算出希格斯玻色子的寬度可能為3.2兆電子伏特。

研究人員表示，準確測量希格斯玻色子的寬度可揭示理論預測中的差異，從而揭示新物理現象，比如與一些奇異暗物質粒子相互作用的希格斯玻色子。CMS團隊希望2026年獲得對撞機第三輪運行後的數據，改進其計算，更深入地揭示希格斯玻色子的“廬山真面目”。