6年之後，我們終於捕捉到了希格斯玻色子的衰變
在奇怪的，難以捉摸的希格斯玻色子子被發現6年後，操作著世界上最大的粒子加速器的科學家們終於觀察到了它神秘但又屬於正常現象的衰變過程。
利用大型強子對撞機數據，物理學家們知道玻色子被分解成了兩個較小的粒子——一個底夸克和它的反物質等價物、反底夸克。
根據粒子物理學的標準模型預測，在大約60％的時間裡，希格斯玻色子將衰變成底夸克——第二重的夸克。
物理學家們一直希望觀察到這一過程，因為那是對標準模型的有力支持；否則，就表明標準模型還不完善，需要尋找新的物理理論來給出解釋。
問題是該過程極其難以實現。我們通過兩個質子之間的碰撞來產生希格斯玻色子。如果質子內部的兩個膠子融合併產生兩個頂夸克，這些頂夸克可以重新組合成希格斯粒子。
在衰變成較小質量的粒子之前，希格斯玻色子只能存在約10的24次方分之1秒鐘。粒子物理學家只能通過後續其他相關的粒子來推斷出希格斯玻色子的存在。
粒子有幾種衰變方式，包括費米子—反費米子對，一對光子或一對規範玻色子。相對來說，它們更容易被觀察到。
但是對於底夸克，事情變得有點棘手，因為每次質子—質子碰撞都會產生亞原子粒子，其中也包括底夸克。然後它們迅速衰變成其他粒子。
由於希格斯玻色子的存在時間是如此短暫，因此無法確定出現的底夸克是否來自衰變的希格斯玻色子，或者乾脆就是質子碰撞的背景過程產物。
為了確認衰變過程， ATLAS和CMS強強結合，輔以大型強子對撞機第一次和第二次運行的數據，進行了周密的分析，試圖從它們製造的一大波粒子中找到底夸克的蹤跡；然後再由底夸克追溯到希格斯玻色子。
普林斯頓大學的物理學家Chris Palmer說：「記錄到一兩個疑似來自希格斯玻色子的底夸克是沒有說服力的。在我們能夠清晰地闡明這一過程之前，還需要分析成千上萬的記錄事件，而這一過程正與一系列相似的背景干擾事件同時發生。」
CMS項目報告圖表
然而，有一些粒子可以被看作是希格斯玻色子生產機制的副產物。
「我們使用這些粒子來標記潛在的希格斯衰變事件並將它們與其他干擾信號區別開來。」Palmer解釋說，「所以我們的工作成績斐然，堪稱是事半功倍。因為我們不僅證實了希格斯玻色子的確衰變成了底夸克，而且還發現了很多產生希格斯玻色子的相關機制。」
並且他們再次證實了標準模型的正確性，其中衰變速率與理論相匹配。
這樣的結果，為科學家們提供了全新的可能性，讓他們能夠更詳細地研究希格斯玻色子的行為，以及如何與其他物質相互作用、甚至是否可以與尚未發現的粒子相互作用(如暗物質)。
下一步工作是提升測量精度，高精確度刻畫衰變的過程。
合作雙方同時提交了他們的論文，以便在科學期刊上發表，全文現在就可以在arXiv上找到：CMS的論文在此處獲得，ATLAS的論文在此處獲得。
本文譯自 sciencealert，由譯者 majer 基於創作共用協議(BY-NC)發布。
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