科学家是否发现了两种不同的希格斯玻色子?

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本文发表于《大众科学》的前博客网络,反映了作者的观点,不一定反映《大众科学》的观点


一个月前,大型强子对撞机的科学家发布了最新的希格斯玻色子结果。尽管数据几乎没有明显的惊喜,但最令人感兴趣的是科学家们没有分享的结果。

最初的希格斯数据(来自七月份)表明,希格斯玻色子似乎比应有的频率更高地衰变成两个光子——这是一个诱人但微弱的暗示,表明存在一些新的东西,某种超出我们理解的物理学。在11月,阿特拉斯和

LHC CMS实验组更新了几乎所有内容,除了双光子数据* 本周我们了解了原因。


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昨天,阿特拉斯实验组的研究人员最终更新了双光子结果。他们似乎发现的结果很奇怪——事实上,非常奇怪,以至于物理学家认为一定有什么地方出错了。在数据中,不是一个干净的峰值,而是他们发现了

两个,一个额外的峰值。* 似乎存在一个质量为123.5 GeV(吉电子伏特,粒子物理学家最常用的质量测量单位)的希格斯玻色子,以及另一个质量为126.6 GeV的希格斯玻色子——统计学上显著的差异接近3 GeV。显然,阿特拉斯科学家们在过去一个月里一直在试图弄清楚他们是否可能在数据分析中犯了错误,但收效甚微。是否可能存在两个希格斯玻色子?

尽管某些粒子物理学标准模型的扩展假设存在多个希格斯玻色子,但它们都没有预测两个希格斯粒子会具有如此相似的质量。它们也没有预测为什么一个应该优先衰变成两个Z粒子(123.5 GeV的峰值来自希格斯玻色子衰变成Z粒子),而另一个会衰变成光子。

粒子物理学家亚当·法尔科夫斯基(笔名Jester写道,结果“最有可能表明存在系统性问题,而不是一些有趣的物理学。” (“系统性问题”指的是像探测器校准不良之类的问题。)物理学家托马索·多里戈打赌这是一个统计学上的侥幸,随着更多数据的出现,它会消失。事实上,他愿意与最多五个人打赌100美元,以防您是那种喜欢与粒子物理学家就粒子物理实验结果打赌的人。当然,阿特拉斯物理学家们也很清楚这两种可能性,并且在过去一个月里一直在努力筛选数据,看看他们是否可以修复它。尽管如此,异常现象仍然存在。

但是,我们不要让这个有趣的闪烁分散我们对新物理学原始气味的注意力。当初步数据似乎表明希格斯玻色子衰变成两个光子的频率高于应有的频率时,我写道,这可能“是一个统计学上的闪烁,会在即将到来的数据洪流中消失”。但是现在更多的数据已经到来,并且闪烁并没有消失。希格斯玻色子继续表现出衰变成两个光子的频率几乎是应有频率的两倍。

更有理由继续关注下一次大数据发布,目前计划在三月份进行

*2012年12月17日更新:在11月,阿特拉斯和CMS实验组的科学家(而不是“LHC”实验组——对愚蠢的错别字表示歉意)更新了除双光子数据之外的所有内容,并且在阿特拉斯实验组的情况下,还更新了关于希格斯玻色子衰变成四个轻子的数据。我添加了“几乎所有”,以表明双光子数据不是唯一缺失的东西。对于不严谨的语言,我深感抱歉。

*2012年12月17日更新:最初撰写的句子无意中暗示双光子数据中有两个峰值。事实上,双光子数据有一个峰值,但质量与在其他数据集中发现的峰值不同。希格斯玻色子到双光子数据的峰值显示在126.6 GeV,而希格斯玻色子到四轻子数据(新近更新)的峰值显示在123.5 GeV。对于由此造成的困惑,我深感抱歉。

新的希格斯数据图像由Atlas/CERN提供。希格斯玻色子到双光子事件的图像由CMS/CERN提供。

迈克尔·莫耶是《大众科学》负责物理学和太空报道的编辑。此前,他在《大众科学》杂志工作了八年,担任文章编辑。他的文章《通往第十维度的旅程》荣获2005年美国物理研究所科学写作奖,并曾在美国哥伦比亚广播公司、美国广播公司、有线电视新闻网、福克斯新闻和探索频道亮相。他曾在加州大学伯克利分校和哥伦比亚大学学习物理学。

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