官方訊息:我們發現了希格斯玻色子。但到底是哪一個?

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本文發表於《大眾科學》的前部落格網路,反映了作者的觀點,不一定反映《大眾科學》的觀點


上次我們關注尋找希格斯玻色子時,物理學家們尚未準備好宣佈大功告成。他們只願意說他們發現了一種新的粒子——某種玻色子——並且這種新的玻色子是“類希格斯玻色子”。他們的沉默取決於對新粒子自旋的測量,自旋是玻色子必須具有的整數值,例如 0、1 或 2。在 7 月,當首次宣佈 proto-Higgs 時,以及在 11 月,當科學家釋出額外的分析資料時,他們沒有足夠的資料來明確地說該玻色子的自旋為零,而希格斯玻色子必須具有自旋為零的特性。

現在,這種不確定性已經消除了。本週,物理學家們聚集在義大利的莫里翁德宣佈,來自大型強子對撞機 2012 年資料執行的額外資料現在最終表明,新的玻色子的自旋為零,因此是希格斯玻色子

現在的問題變成了:究竟它是哪種希格斯玻色子?它可能有沒有隱藏的雙胞胎?


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粒子物理學的標準模型——物理學家用來理解宇宙的極其成功的理論體系,但大多數科學家認為它是不完整的——預測希格斯玻色子應該以特定的方式表現。一旦我們知道它的質量(我們已經知道),標準模型就可以精確地確定希格斯玻色子應該以什麼頻率轉變為其他亞原子粒子(希格斯玻色子在衰變為其他粒子之前只能持續一秒鐘的一小部分時間;這些粒子是科學家在大型強子對撞機上測量的)。由於科學家們希望深入探索標準模型,以找出它的不足之處——從而為更深入地理解物理定律指明方向——他們一直在密切監測希格斯玻色子是如何衰變的。

早期結果表明,類希格斯玻色子的行為與標準模型預測的一致——但有一個有趣的例外。希格斯玻色子衰變為兩個光子的頻率似乎是它應該有的頻率的兩倍。這種差異能否在備受期待的標準模型中開啟一道裂縫?

唉,並沒有。在莫里翁德會議上展示的新結果表明,光子明顯的過量很可能只是統計上的偶然現象。希格斯玻色子似乎畢竟只是一個乏味的舊標準模型希格斯玻色子。希望在標準模型中找到問題的物理學家將不得不等到下一次大型強子對撞機執行的資料——由於計劃進行為期兩年的停機升級機器,最早也要到 2015 年才能開始。

那些渴望奇異希格斯物理學的人現在希望出現重磅訊息:我們發現的希格斯玻色子不是唯一的希格斯玻色子,而只是眾多希格斯玻色子中的第一個。根據退耦定理(PDF;尤其參見幻燈片 15),如果標準模型不是宇宙的全部故事,並且存在許多不同的希格斯玻色子,那麼其中一個應該看起來非常像標準模型希格斯玻色子。因此,我們已經看到了標準模型希格斯玻色子這一事實並不意味著沒有其他非標準模型希格斯玻色子在等待被發現。

所以,希格斯玻色子愛好者們,振作起來。到 2015 年,我們可能會再次跳起希格斯舞。

圖片由 CERN/CMS 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。他因其文章《通往第十維度的旅程》而榮獲 2005 年美國物理學會科學寫作獎,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露面。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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