科學家是否發現了兩種不同的希格斯玻色子?

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一個月前,大型強子對撞機的科學家釋出了最新的希格斯玻色子結果。儘管資料幾乎沒有明顯的驚喜,但最令人感興趣的是科學家們沒有分享的結果。

最初的希格斯資料(來自七月份)表明,希格斯玻色子似乎比應有的頻率更高地衰變成兩個光子——這是一個誘人但微弱的暗示,表明存在一些新的東西,某種超出我們理解的物理學。在11月,阿特拉斯和

LHC CMS實驗組更新了幾乎所有內容,除了雙光子資料* 本週我們瞭解了原因。


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昨天,阿特拉斯實驗組的研究人員最終更新了雙光子結果。他們似乎發現的結果很奇怪——事實上,非常奇怪,以至於物理學家認為一定有什麼地方出錯了。在資料中,不是一個乾淨的峰值,而是他們發現了

兩個,一個額外的峰值。* 似乎存在一個質量為123.5 GeV(吉電子伏特,粒子物理學家最常用的質量測量單位)的希格斯玻色子,以及另一個質量為126.6 GeV的希格斯玻色子——統計學上顯著的差異接近3 GeV。顯然,阿特拉斯科學家們在過去一個月裡一直在試圖弄清楚他們是否可能在資料分析中犯了錯誤,但收效甚微。是否可能存在兩個希格斯玻色子?

儘管某些粒子物理學標準模型的擴充套件假設存在多個希格斯玻色子,但它們都沒有預測兩個希格斯粒子會具有如此相似的質量。它們也沒有預測為什麼一個應該優先衰變成兩個Z粒子(123.5 GeV的峰值來自希格斯玻色子衰變成Z粒子),而另一個會衰變成光子。

粒子物理學家亞當·法爾科夫斯基(筆名Jester寫道,結果“最有可能表明存在系統性問題,而不是一些有趣的物理學。” (“系統性問題”指的是像探測器校準不良之類的問題。)物理學家托馬索·多里戈打賭這是一個統計學上的僥倖,隨著更多資料的出現,它會消失。事實上,他願意與最多五個人打賭100美元,以防您是那種喜歡與粒子物理學家就粒子物理實驗結果打賭的人。當然,阿特拉斯物理學家們也很清楚這兩種可能性,並且在過去一個月裡一直在努力篩選資料,看看他們是否可以修復它。儘管如此,異常現象仍然存在。

但是,我們不要讓這個有趣的閃爍分散我們對新物理學原始氣味的注意力。當初步資料似乎表明希格斯玻色子衰變成兩個光子的頻率高於應有的頻率時,我寫道,這可能“是一個統計學上的閃爍,會在即將到來的資料洪流中消失”。但是現在更多的資料已經到來,並且閃爍並沒有消失。希格斯玻色子繼續表現出衰變成兩個光子的頻率幾乎是應有頻率的兩倍。

更有理由繼續關注下一次大資料釋出,目前計劃在三月份進行

*2012年12月17日更新:在11月,阿特拉斯和CMS實驗組的科學家(而不是“LHC”實驗組——對愚蠢的錯別字表示歉意)更新了除雙光子資料之外的所有內容,並且在阿特拉斯實驗組的情況下,還更新了關於希格斯玻色子衰變成四個輕子的資料。我添加了“幾乎所有”,以表明雙光子資料不是唯一缺失的東西。對於不嚴謹的語言,我深感抱歉。

*2012年12月17日更新:最初撰寫的句子無意中暗示雙光子資料中有兩個峰值。事實上,雙光子資料有一個峰值,但質量與在其他資料集中發現的峰值不同。希格斯玻色子到雙光子資料的峰值顯示在126.6 GeV,而希格斯玻色子到四輕子資料(新近更新)的峰值顯示在123.5 GeV。對於由此造成的困惑,我深感抱歉。

新的希格斯資料影像由Atlas/CERN提供。希格斯玻色子到雙光子事件的影像由CMS/CERN提供。

邁克爾·莫耶是《大眾科學》負責物理學和太空報道的編輯。此前,他在《大眾科學》雜誌工作了八年,擔任文章編輯。他的文章《通往第十維度的旅程》榮獲2005年美國物理研究所科學寫作獎,並曾在美國哥倫比亞廣播公司、美國廣播公司、有線電視新聞網、福克斯新聞和探索頻道亮相。他曾在加州大學伯克利分校和哥倫比亞大學學習物理學。

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