官方消息:我们发现了希格斯玻色子。但到底是哪一个?

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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


上次我们关注寻找希格斯玻色子时,物理学家们尚未准备好宣布大功告成。他们只愿意说他们发现了一种新的粒子——某种玻色子——并且这种新的玻色子是“类希格斯玻色子”。他们的沉默取决于对新粒子自旋的测量,自旋是玻色子必须具有的整数值,例如 0、1 或 2。在 7 月,当首次宣布 proto-Higgs 时,以及在 11 月,当科学家发布额外的分析数据时,他们没有足够的数据来明确地说该玻色子的自旋为零,而希格斯玻色子必须具有自旋为零的特性。

现在,这种不确定性已经消除了。本周,物理学家们聚集在意大利的莫里翁德宣布,来自大型强子对撞机 2012 年数据运行的额外数据现在最终表明,新的玻色子的自旋为零,因此是希格斯玻色子

现在的问题变成了:究竟它是哪种希格斯玻色子?它可能有没有隐藏的双胞胎?


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粒子物理学的标准模型——物理学家用来理解宇宙的极其成功的理论体系,但大多数科学家认为它是不完整的——预测希格斯玻色子应该以特定的方式表现。一旦我们知道它的质量(我们已经知道),标准模型就可以精确地确定希格斯玻色子应该以什么频率转变为其他亚原子粒子(希格斯玻色子在衰变为其他粒子之前只能持续一秒钟的一小部分时间;这些粒子是科学家在大型强子对撞机上测量的)。由于科学家们希望深入探索标准模型,以找出它的不足之处——从而为更深入地理解物理定律指明方向——他们一直在密切监测希格斯玻色子是如何衰变的。

早期结果表明,类希格斯玻色子的行为与标准模型预测的一致——但有一个有趣的例外。希格斯玻色子衰变为两个光子的频率似乎是它应该有的频率的两倍。这种差异能否在备受期待的标准模型中打开一道裂缝?

唉,并没有。在莫里翁德会议上展示的新结果表明,光子明显的过量很可能只是统计上的偶然现象。希格斯玻色子似乎毕竟只是一个乏味的旧标准模型希格斯玻色子。希望在标准模型中找到问题的物理学家将不得不等到下一次大型强子对撞机运行的数据——由于计划进行为期两年的停机升级机器,最早也要到 2015 年才能开始。

那些渴望奇异希格斯物理学的人现在希望出现重磅消息:我们发现的希格斯玻色子不是唯一的希格斯玻色子,而只是众多希格斯玻色子中的第一个。根据退耦定理(PDF;尤其参见幻灯片 15),如果标准模型不是宇宙的全部故事,并且存在许多不同的希格斯玻色子,那么其中一个应该看起来非常像标准模型希格斯玻色子。因此,我们已经看到了标准模型希格斯玻色子这一事实并不意味着没有其他非标准模型希格斯玻色子在等待被发现。

所以,希格斯玻色子爱好者们,振作起来。到 2015 年,我们可能会再次跳起希格斯舞。

图片由 CERN/CMS 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。他因其文章《通往第十维度的旅程》而荣获 2005 年美国物理学会科学写作奖,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露面。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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