發現罕見事件,希格斯玻色子衰變成 Z 玻色子/光子對

作者 | 發布日期 2020 年 06 月 17 日 15:24 | 分類 天文 , 自然科學 Telegram share ! follow us in feedly


希格斯玻色子的發現讓粒子學標準模型趨於完備,從 2012 年至今,科學家陸續觀察到一些重要衰變過程,然而還沒觀察到它們衰變成罕見的 Z 玻色子/光子對(Zγ)——直到最近。這道衰變對物理學家來說特別有意義,因為當中可能涉及大量「虛擬」粒子(可能是新粒子)參與。

希格斯玻色子(Higgs boson)於 2012 年由大型強子對撞機(LHC)的超環面儀器(A Toroidal LHC ApparatuS,ATLAS)和緊湊緲子線圈(Compact Muon Solenoid,CMS)發現,可以分解成光子對、W 玻色子對和 Z 玻色子對。由於它們的加入讓標準模型更完善解釋所有基本粒子間的作用,因此又被暱稱為上帝粒子。

這些年來,物理學家陸續從實驗中研究到希格斯玻色子不同的產生與衰變過程,比如衰變成底夸克(bottom quark)、與最重的粒子頂夸克耦合等,但最大問題仍在於,希格斯玻色子是否也可能與未知粒子或力相互作用,迄今為止,ATLAS 觀測到由標準模型所預測的希格斯玻色子衰變過程幾乎佔了 9 成。

其中物理學家特別在意 Z 玻色子與光子對(Zγ)的罕見衰變,最近 ATLAS 團隊使用完整的 LHC Run-2 數據集分析希格斯玻色子事件,宣布終於找到希格斯玻色子衰變到 Zγ 對。

根據標準模型,大約只有 0.15% 希格斯玻色紫衰變成 Zγ 對,速率與希格斯玻色子衰變成 2 個光子相當,不同的是如此產生的 Z 玻色子非常不穩定,幾乎一生成就立即衰減,難以直接觀察。雖然 Z 玻色子有機會再次轉換成電子對或介子對,但以這種方式衰減的 Z 玻色子不到7%,大約 10,000 個標準希格斯玻色子中只能探測到約 1 個微小預期訊號。

這些轉換極為罕見,除非涉及標準模型以外的物理學,否則在大型強子對撞機(LHC)上不會觀察到。

(首圖來源:Flickr/Steve Jurvetson CC BY 2.0)

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