不需新物理學解釋宇宙,科學家測出希格斯玻色子更精確質量

作者 | 發布日期 2019 年 10 月 28 日 18:37 | 分類 天文 , 自然科學 Telegram share ! follow us in feedly


自 2012 年首度發現希格斯玻色子以來,科學家一直在努力測量這種粒子的精確質量,因為只要稍有偏差,就可能衍伸出異於標準模型的新物理學。最近,大型強子對撞機(LHC)的儀器精確測出希格斯玻色子的質量為 125.35 GeV,不確定性僅 0.1%。

對科學家來說,證實希格斯玻色子就等於證實希格斯場的存在——一種假定遍布於全宇宙的量子場,夸克、輕子等基本粒子會通過與希格斯場相互作用來增加自身質量。

而近 10 年來最偉大科學發現之一,就是 2012 年大型強子對撞機(LHC)的緊湊渺子線圈(CMS)探測到質量約 125GeV 的新玻色子、超環面儀器(ATLAS)則探測到質量約 126.5GeV 的新玻色子;2013 年 3 月 14 日,歐洲核子研究組織正式宣布這批探測到的新粒子為希格斯玻色子(Higgs boson),完成粒子物理學標準模型最後一哩路。

不過當時測得的質量結果精確度未知,最近,ATLAS 與 CMS 團隊結合 2011~2016 年間大型強子對撞機收集的龐大數據,終於測出希格斯玻色子的精確質量為 125.35±0.15 GeV,不確定性(uncertainty)僅 0.1%。

希格斯玻色子非常不穩定,幾乎會立即分解成更輕的粒子,為了測得希格斯玻色子精確質量,科學家著重在希格斯玻色子的 2 條衰變路徑:先衰變成 2 個 Z 玻色子、再衰變成 4 個輕子(電子對與緲子對,2011 及 2012 年發現);以及衰變成 2 個光子(2016 年發現),合併這些結果再經過複雜運算,方定出希格斯玻色子精確質量。

測出希格斯玻色子的精確質量,可能告訴我們不需要全新物理學來解釋宇宙,因為質量越精確、代表粒子物理標準模型的侷限也增加了,要發展出有悖於標準模型的新物理學會難上加難,但我們將能更進一步基於標準模型去測量粒子的其他性質。

(首圖來源:CMS

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