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與世界上最大的原子加速器一起工作的物理學(xué)家如今發(fā)現(xiàn)最新、最奇怪的粒子——希格斯玻色子在大部分時(shí)間里都在衰變。作為一個(gè)重量為130個(gè)質(zhì)子的亞原子粒子，“上帝粒子”希格斯玻色子持續(xù)的時(shí)間僅有1納秒的一萬億分之十，隨后它便衰變?yōu)楦〉牧Ｗ印?/span>

用瑞士日內(nèi)瓦附近的歐洲粒子物理實(shí)驗(yàn)室（CERN）的大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)（LHC）工作的物理學(xué)家8月28日?qǐng)?bào)告說，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了希格斯粒子衰變?yōu)橐粋€(gè)叫做底夸克的粒子和它的反物質(zhì)對(duì)應(yīng)物—— 一個(gè)反底夸克（如圖所示）。這一“常見衰變”的捕獲被研究人員看作是探索希格斯玻色子的里程碑。

根據(jù)粒子物理學(xué)標(biāo)準(zhǔn)模型預(yù)測(cè)，57%的時(shí)間內(nèi)希格斯玻色子都會(huì)衰變成一對(duì)底夸克，也就是6種夸克中第二重的夸克。然而具有諷刺意味的是，觀察到這種衰變是非常困難的，因?yàn)長(zhǎng)HC中極其混亂的碰撞產(chǎn)生了大量的底夸克和反底夸克，從而掩蓋了所需的信號(hào)。

新的觀測(cè)結(jié)果支持了標(biāo)準(zhǔn)模型對(duì)這一“常見衰變”的預(yù)測(cè)。研究人員說，如果觀測(cè)結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)模型的預(yù)測(cè)不符，則會(huì)動(dòng)搖標(biāo)準(zhǔn)模型的基礎(chǔ)并指出新的物理學(xué)方向。

40多年前，科學(xué)家們建立起一套名叫“標(biāo)準(zhǔn)模型”的粒子物理學(xué)理論，但這一理論一直缺少最后一塊拼圖，即希格斯玻色子。這一難以尋覓又極為重要的“上帝粒子”被認(rèn)為是解釋其他粒子如何獲取質(zhì)量的關(guān)鍵。2012年7月，LHC研究人員宣布發(fā)現(xiàn)希格斯玻色子，這是LHC最為顯赫的成績(jī)。

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研究人員介紹，希格斯玻色子有多個(gè)衰變通道，此次觀測(cè)到其常見的衰變通道（衰變?yōu)榈卓淇耍┙^非易事，主要困難在于質(zhì)子和質(zhì)子的碰撞中存在許多產(chǎn)生底夸克的其他方法，因此很難將希格斯玻色子衰變信號(hào)與相關(guān)干擾隔離開。相比而言，物理學(xué)家在6年前發(fā)現(xiàn)希格斯玻色子時(shí)觀察到它不太常見的衰變通道——比如衰變?yōu)橐粚?duì)光子——?jiǎng)t更容易從背景中提取。這一衰變理論預(yù)測(cè)只有9%的時(shí)間發(fā)生。

為提取信號(hào)，大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)兩個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目組ATLAS和CMS各自組合了大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)的兩次運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。結(jié)果檢測(cè)到希格斯玻色子衰變?yōu)橐粚?duì)底夸克。此外，兩個(gè)項(xiàng)目組還在當(dāng)前的測(cè)量精度范圍內(nèi)測(cè)量到與標(biāo)準(zhǔn)模型預(yù)測(cè)相一致的衰減速率。

ATLAS合作發(fā)言人卡爾·雅各布表示，這一最新發(fā)現(xiàn)是探索希格斯玻色子過程中的一個(gè)里程碑，表明ATLAS和CMS實(shí)驗(yàn)對(duì)其數(shù)據(jù)的深刻理解和對(duì)背景的控制已經(jīng)超出了預(yù)期。

希格斯粒子是物理學(xué)家對(duì)所有其他基本粒子如何獲得質(zhì)量的復(fù)雜解釋的核心。這一新的發(fā)現(xiàn)標(biāo)志著科學(xué)家搞清希格斯玻色子是否真的會(huì)以標(biāo)準(zhǔn)模型預(yù)測(cè)的速率衰變?yōu)楦鞣N粒子組合的一個(gè)關(guān)鍵步驟。如果衰變速率與理論預(yù)測(cè)不相符，那將是一個(gè)確定的跡象，表明新的粒子仍有待發(fā)現(xiàn)，并可能在LHC的掌握之中。

文章來源：中國科學(xué)報(bào)

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