上帝粒子里程碑再現,科學家證實找到希格斯玻色子衰變為底夸克

作者 | 發布日期 2018 年 08 月 29 日 12:59 | 分類 天文 , 尖端科技 , 自然科學 follow us in feedly

歐洲核子研究組織(CERN)再度宣布希格斯波色子的一大研究里程碑,在大型強子對撞機中第一次觀察到希格斯玻色子衰變為底夸克。搞懂希格斯玻色子衰變,可以幫助物理學家們理解為什麼宇宙具有質量。



科學家尋覓上帝粒子「希格斯玻色子(Higgs Boson)」逾 40 年,終於在 2012 年透過大型強子對撞機(LHC)發現,在粒子每 10 億次碰撞中只會產生那麼一次,是極罕見的高能物理現象。

根據希格斯機制,希格斯玻色子負責給予其他基本粒子質量,即基本粒子因與希格斯場耦合而獲得質量;在粒子物理學標準模型中,預測希格斯玻色子應該最常衰變為基本粒子底夸克-反底夸克對,機率佔 56.1%,底夸克質量約質子 4 倍。

希格斯玻色子質量為 126 GeV(或者說是質子質量 133 倍),在粒子對的高能碰撞中產生,此時他們被加速到接近光速,壽命(mean lifetime)極短,平均只有 1.6×10 -22  秒,所以說,科學家不可能直接觀測到希格斯玻色子,只能從它衰變的產物去回推性質。

而 2012 年宣布發現希格斯玻色子時,物理學家就是依賴於衰變後的產物 Z 玻色子、W 玻色子和光子,但不是底夸克,原因非常簡單:這些特定的衰變物更容易被識別出來。

大型強子對撞機內粒子對每次碰撞都會噴濺次原子副產物,最常見的即底夸克,但它們會再迅速衰變成其他類型的粒子,也就是說,想從這「粒子雨」找回最初來自希格斯玻色子的 2 個底夸克有如大海撈針。

直到今年 8 月 28 日,參與大型強子對撞器配備七大實驗探測器之二:超環面儀器(ATLAS)與緊湊緲子線圈(CMS)的團隊才再一次興奮宣布,理論終於證實,我們明確觀察到希格斯玻色子衰變成底夸克-反底夸克對!這也表明理論預測與實驗數據存在強烈一致性,反過來又會對基本物理學思想產生嚴格限制條件。

理論計算,希格斯玻色子衰變產物的百分比為:底夸克(58%)、W 玻色子(21%),Z 玻色子(6%),τ 輕子(2.6%)和光子( 0.2%),而這次關鍵結果是驗證底夸克預測正確無誤。

藉由發現希格斯玻色子與已知粒子的相互作用,科學家們也許能探測到新物理現象,比如一小部分希格斯玻色子可能在衰變過程中產生暗物質粒子。

(首圖來源:歐洲核子研究組織

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