希格斯玻色子：量子宇宙的關鍵

希格斯玻色子是一種有物理學的標準模型 在近50年前預測的亞原子粒子 它與希格斯場相互作用 賦予其它基本粒子質量 從而解釋了物質的起源和宇宙的結構 希格斯玻色子的存在 是標準模型的核心預言之一 也是物理學界長期追尋的目標 2012年 歐洲核子研究中心的大型強子對撞機上 使用的ATLAS和CMS實驗 宣佈成功探測到希格斯玻色子的跡象 這一突破性的發現 爲諾貝爾物理學獎的頒發提供了依據 也拓展了我們對奇異的量子宇宙的理解 希格斯玻色子的壽命很短 很快就衰變成質量更小的粒子 比如兩個光子 利用標準模型 科學家能夠預測 希格斯玻色子可以衰變成的不同的基本粒子 以及這些衰變的相對頻率 其中 希格斯玻色子衰變成兩個光子 是相對常見的一種衰變模式 其出現的概率約爲0.2% 然而科學家也對一些罕見的衰變模式感興趣 因爲它們可能揭示一些超越標準模型的新物理現象 最近 Atlas和CMS實驗發現了一種罕見的希格斯玻色子衰變的證據 其中這種亞原子粒子衰變成一個光子和兩個氫子 一種可以帶電或中性的基本粒子 電子和類電子 一種類似的亞原子粒子 是兩種帶電氫子的粒子 具體來說 他們發現了希格斯玻色子可以衰變成一個光子和一對電子 或者一個光子和一對帶相反電荷的類電子的證據 這種類型的衰變的出現概率非常低 約爲0.00002% 在這種類型的衰變中 希格斯玻色子在其極短的壽命之後 迅速變成一個光子和科學家稱之爲虛光子的東西 這個虛光子也被稱爲離殼光子 然後立即變成像這種情況下的兩個氫子 這個虛光子有一個非常小的非靈質量 而普通的光子是完全沒有質量的 Atlas實驗的粒子物理學家詹姆斯·比徹姆說 這兩個氫子非常靠近地撞擊了我們的量能器 比徹姆補充說 LHC的量能器是一個能夠停止來自粒子碰撞的粒子的工具 當這些粒子被這個工具停止或吸收時 科學家可以發現並研究這些粒子 雖然科學家已經預測了這種類型的衰變 應該存在於希格斯玻色子中 但這個新的探測是這種非常罕見的 希格斯玻色子衰變模式的第一個證據的暗示 比徹姆說 然而他補充說 這個團隊可能要等到他們升級設施 爲即將到來的高亮度LHC計劃 這將在LHC運行3之後到來 這項研究使用的數據 是在LHC的第二次運行期間收集的 這個運行期間從2015年開始到2018年結束 運行3將於2022年3月開始 隨着高亮度LHC計劃預期產生的大量數據 研究罕見的希格斯玻色子衰變 將成爲新的常態 Atlas的一份聲明說 通過研究這樣的罕見衰變 研究人員可以探索 超越標準模型的新物理的可能性 標準模型解釋了我們物理宇宙的很多事情 但它不包括引力或暗物質 比徹姆說 暗物質它不發光 也不能被直接觀察到 被認爲佔據了已知宇宙中所有物質的大約80% 但科學家還不知道它到底是什麼 暗物質的存在可以解決一些宇宙學的難題 如星系的形成和演化 以及宇宙的加速膨脹 我們一直在尋找標準模型的擴展 他說 我們必須找到一個窗口或一個通道 從我們的世界進入這個暗物質世界 並進行實驗 而其中之一 就可能是希格斯玻色子 比徹姆解釋說 暗物質包括了超越標準模型的物理 希格斯玻色子可能是連接我們的世界 和暗物質世界的橋樑 因爲它可以通過一些未知的方式 與暗物質粒子相互作用 從而產生一些新的衰變模式 例如 希格斯玻色子可能會衰變成一堆暗物質粒子 這些粒子會逃逸掉對撞擊的探測器 只留下一些缺失的能量的跡象 或者 希格斯玻色子可能會衰變成一些其他的新粒子 這些粒子又會衰變成暗物質粒子 和一些標準模型的粒子 這樣就會產生一些異常的信號 現在 不要太興奮 這篇論文還沒有給我們關於 希格斯玻色子進入暗物質的新信息 比徹姆說 但是這篇論文證明了我們可以很容易地 尋找這樣的非常罕見的事情 他說 這推動了整個搜索的進展 這項發現還需要更多的數據和分析 來確認和精確 以排除其他的可能性和誤差 此外 這項發現還需要與其他的實驗和理論相一致 以驗證其有效性和普適性