陳根：“上帝粒子”的衰變證據_風聞

文/陳根

據歐洲核子研究中心發佈文章：歐洲核子研究中心大型強子對撞機ATLAS和CMS合作建立了希格斯玻色子罕見衰變為Z玻色子和光子的第一個證據。

希格斯粒子，由物理學家們使用高能量的質子束撞擊產生，被認為是一種形塑了世界萬物的粒子，故而被讚譽為“上帝粒子”。作為一種基本粒子，希格斯粒子被認為是解釋質量的物理學標準模型中的組成部分之一。

2012年，歐洲核子研究中心大型強子對撞機發現了希格斯玻色子，這標誌着粒子物理學的一個重要里程碑。從那個時候起，ATLAS和CMS的合作一直在努力研究這種獨特粒子的性質，並試圖確定它產生和衰變為其他粒子的不同方式。

希格斯粒子的衰變是指從一個狀態轉換到另一個狀態時釋放出能量的過程，通過衰變產生的末態粒子可以探測並證實其存在性。在標準模型中，希格斯粒子的衰變可以通過多種不同的方式發生，包括衰變成兩個光子，衰變成兩個帶電輕子（例如電子或其它粒子），以及衰變成兩個帶中性的重子。關於它們之間的對應質量和衰變的概率，標準模型和希格斯粒子理論所預測的是一致的。這些實驗結果被認為是強有力的希格斯粒子衰變的證據。

近期舉行的大型強子對撞機物理學會議上，ATLAS和CMS報告了他們如何找到希格斯玻色子衰變為Z玻色子和光子的罕見過程的第一個證據。據介紹，Z玻色子是弱力的電中性載體，光子是電磁力的載體。希格斯玻色子衰變為Z玻色子和光子的過程類似於衰變為兩個光子的過程。而在這個過程中，希格斯玻色子不會直接衰變為這些粒子對。相反，衰變是通過“虛擬”粒子的中間“循環”進行的，這些虛擬粒子可能包括尚未發現的與希格斯玻色子相互作用的新粒子。

利用大型強子對撞機質子-質子碰撞的數據，ATLAS和CMS獨立地對希格斯玻色子衰變成Z玻色子和光子進行了廣泛的搜索。兩次搜索都使用了類似的策略，通過Z玻色子衰變成成對電子或μ子——較重的電子版本——來識別Z玻色子。在搜索過程中，與希格斯玻色子衰變信號相關的碰撞事件將被識別為一個窄峯，在事件的平滑背景上，在衰變產物的組合質量分佈中。研究人員還使用先進的機器學習技術進一步區分信號和背景事件。現在，ATLAS和CMS聯手最大限度地提高他們的搜索結果，而合作則顯著提高了統計精度和搜索範圍。

“每個粒子都與希格斯玻色子有着特殊的關係，這使得尋找稀有的希格斯衰變成為重中之重。”ATLAS物理協調員Pamela Ferrari説：通過對ATLAS和CMS各自結果的精心組合，我們朝着解開希格斯玻色子的又一個謎團邁出了一步。”