六年后,希格斯玻色子越来越近

由:伊恩·奥尼尔博士。

小型介子螺线管(CMS),大型强子对撞机的通用探测器"width=
这个时髦的图片显示了紧凑的Muon螺线管(CMS),是2012年涉及Higgs发现的大型Hadron Collifer(LHC)的通用探测器。Dean Mouhtaropoulos /盖蒂图像

有趣的是,当物理学家历史性地发现希格斯玻色子2012年使用世界上最强大的粒子加速器,他们没有直接探测难以捉摸的粒子。相反,他们瞄准了希格斯的指纹——一个由其他粒子组成的指纹。现在,物理学家分析了从大型强子对撞机(LHC)该公司的前两次实验已经发现另一个希格斯粒子指纹。这与2012年的发现不同,但可能更有意义。

在我们进入粒子指纹之前,让我们回顾一下物理学家在LHC 17英里(27公里)环周围的建筑物大小的探测器中寻找什么超导磁体。大型强子对撞机将数十亿带电粒子(如质子)加速到接近光速,并通过使用极其精确的磁场,使这些粒子束与在相反方向加速的其他粒子束发生碰撞。由此产生的粒子正面碰撞产生了强烈的能量——这种能量是宇宙自大约138亿年前的大爆炸以来从未见过的。这些粒子碰撞只是在无限小的规模上复制了大爆炸的条件。

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在数十亿次迷你大爆炸之后,极度集中的能量凝结成新的粒子,这些粒子在自然界中并不规律存在,比如希格斯玻色子,早在20世纪60年代,彼得·希格斯和François·恩格勒特就提出了这种粒子的理论。

希格斯粒子是一种规范玻色子,或者说是希格斯场和物质之间的中介。希格斯场被认为在宇宙中无处不在。这个场给出了物质的质量,而希格斯玻色子是粒子物理标准模型中“缺失的部分”,该模型是宇宙中所有物质如何工作的配方书。因此,希格斯粒子和恩格勒特获得2013年诺贝尔物理学奖也就不足为奇了。

正如我们已经指出的那样,LHC无法直接检测HIGGS BOSON。这种不稳定的颗粒甚至可以看到最先进的探测器。当它衰减时,它会产生腐烂的产品 - 基本上是常规的亚杀菌颗粒,这些颗粒不会快速衰减。这就像一个带有非常短的保险丝的烟火火箭;当它爆炸时,您只能看到烟花(Higgs Boson)(常规衰变粒子)。

物理学家们2012年的发现得益于大型强子对撞机的CMS和ATLAS实验,这两个实验揭示了粒子碰撞噪音中产生的“过量”光子。它们不是普通的光子。这些光子表明存在一种质量在周围的粒子125 GEV.(大约是一个质子质量的133倍)-一个理论衰变过程,预测希格斯玻色子分解成一对光子。但是物理学家认为希格斯玻色子可能有其他的衰变方式(称为衰减通道),现在物理学家已经发现了希格斯玻色子最喜欢的衰变通道——当它变成一个底夸克(六种夸克中第二重的)和它的反物质兄弟,一个反底夸克。

这可是个大新闻。希格斯玻色子在理论上有近60%的时间会衰变成底夸克对。相比之下,希格斯玻色子衰变成光子对的几率只有30%。我们有没有提到过,检测希格斯粒子的底夸克衰变指纹真的很难?如此艰难,以至于花了六年的时间。

“发现只有一个看起来像一个源自Higgs Boson的两个右下夸克的事件是不够的,”普林斯顿大学的科学家Chris Palmer说,在一个声明.“我们需要分析成千上万的事件,然后我们才能阐明这个过程,这是发生在山上的类似背景事件。”

现在物理学家已经这样做了,通过研究希格斯玻色子最有利的衰变过程,他们可以把它作为研究标准模型之外的物理的工具。

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