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  • 日期:2018-09-04
  • 今天,物理学家们还有另一个激动人心的声明要加入希格斯的传奇故事:他们首次明确地观察到希格斯玻色子衰变成物质 - 反物质对的底夸克。令人惊讶分分彩计划软件的是,希格斯玻色子最常以这种方式衰变。

    新的公告表明理论预测与实验数据之间存在着强烈的一致性,这反过来又会对更基本的物理学思想产生严格的限制,这些理论试图解释为什么希格斯玻色子甚至存在。

    梦想之地

    在20世纪60年代,研究人员正在研究电磁力与弱核力之间的联系,核力是造成某些类型放射性衰变的原因。虽然这两种力量看起来很明显,但事实证明它们都来自一种普通的,更基本的力量,现在称为电弱力量。

    但是,有一个问题。该理论最简单的表现是预测所有粒子的质量均为零。即使在20世纪60年代,物理学家也知道亚原子粒子具有质量,因此这可能是一个致命的缺陷。

    几组科学家提出了解决这个问题的方法:一个场渗透宇宙,它被称为希格斯场。基本的亚原子粒子与这个场相互作用,这种相互作用给了它们质量。[ 寻找希格分分彩计划软件斯玻色子的6个含义 ]

    该字段的存在也隐含了亚原子粒子的存在,被称为希格斯玻色子,它是分分彩计划软件在2012年终于发现通过在欧洲核研究组织(CERN)实验室在瑞士工作的研究人员。(披露:我是其中一个研究小组的合作者,最初的发现以及今天的宣布。)由于他们对希格斯领域的预测,英国物理学家彼得希格斯和比利时物理学家弗朗索瓦恩格勒分享了2013年诺贝尔物理学奖。

    寻找底夸克

    希格斯玻色子是在几对粒子之间的高能碰撞中制成的,这些粒子已被加速到接近光速。这些玻色子不会??存活很长时间 - 只有大约10 ^减去22秒。具有该寿命的粒子,以光速行进,在它行进一个原子大小的距离之前很久就会衰变。因此,不可能直接观察希格斯玻色子。只能观察它们的衰变产物并用它们来推断父玻色子的性质。

    希格斯玻色子的质量为125千兆电子伏特(GeV),或者比质子重约133倍。来自成熟理论的计算预测,希格斯玻色子可以分成以下几个百分比的成对:底夸克(58%),W玻色子(21%),Z玻色子(6%),tau轻子(2.6%)和光子( 0.2%)。其余部分构成了更多奇特的配置。今天宣布的关键结果之一是验证底部夸克的预测是正确的。[ 奇怪的夸克和芒斯,哦,我的!自然的最小颗粒被解剖 ]

    当物理学家在2012年宣布发现希格斯玻色子时,他们依赖于它的衰变为Z玻色子,W玻色子和光子,但不是底夸克。原因实际上非常简单:这些特定的衰变更容易识别。

    在大型强子对撞机可用的碰撞能量中,希格斯玻色子每10亿次只发生一次碰撞。大型强子对撞机的大量碰撞是通过强核力的相互作用发生的,强核力是(迄今为止)最强的亚原子力,并负责将原子核保持在一起。

    问题在于,在涉及强力的相互作用中,物质 - 反物质对底夸克的产生确实非常普遍。因此,希格斯玻色子衰变成底夸克的底夸克的分分彩计划软件 产生完全被更普通的过程产生的底部夸克所淹没。因此,基本上不可能识别通过希格斯玻色子衰变产生底夸克的那些事件。这就像试图在一个装满立方氧化锆的50加仑桶中找到一颗钻石。

    因为很难分分彩计划软件或不可能隔离希格斯玻色子衰变成底夸克的碰撞,科学家需要另一种方法。因此,研究人员寻找不同类别的事件 - 分分彩计划软件在W或Z玻色子的同时产生希格斯玻色子的碰撞。研究人员将这类碰撞称为“相关生产”。

    W和Z玻色子负责导致弱核力,它们可以以明显且容易识别的方式衰变。相关生产的发生频率低于非相关希格斯生产,但W或Z玻色子的存在极大地增强了研究人员识别含有希格斯玻色子的事件的能力。希格斯玻色子的相关生产技术是位于芝加哥郊外的费米国家加速器实验室的先驱。由于该设施的低能粒子加速器,实验室从未能够声称它已经发现了希格斯玻色子,但其研究人员的知识在今天的公告中发挥了重要作用。

    LHC加速器装有两个能够观察希格斯玻色子的大粒子物理探测器 - 紧凑型Muon电磁阀(CMS)和一个环形LHC装置(ATLAS)。今天,两个实验合作都宣布观察到希格斯玻色子的相关产生,希格斯玻色子的特定衰变成为物质 - 反物质对的底夸克。

    理论创可贴

    虽然对这种衰变模式的简单观察是科学知识的重大进步,但它具有更重要的结果。事实证明,1964年提出的希格斯领域没有一个更基本的想法。它被简单地添加到标准模型中,该模型描述了亚原子粒子的行为,作为创可贴的一部分。(在提出希格斯场之前,标准模型预测了无质量粒子。在将希格斯场作为标准模型的临时添加物之后,粒子现在具有质量。)因此,探索衰变概率的预测是非常重要的。搜索与基础理论的联系的提示。而最近有和全面的,因为20世纪60年代开发了更多的理论,它预测 也许不止一种类型的希格斯玻色子存在。

    因此,了解希格斯玻色子衰变成其他粒子并将其与预测的衰变率进行比较至关重要。说明协议的最简单方法是报告观察到的衰变速率除以预测速率。两者之间更好的协议将产生接近1的比率.CMS实验在今天的公告中找到了极好的一致性,预测观察率与1.04加或减0.20的比率,并且ATLAS测量值相似(1.01加或减去0.20)。这一令人印象深刻的协议是当前理论的胜利,尽管它并没有表明希格斯现象更为根本的起源方向。

    大型强子对撞机将在12月初继续运营。然后它将停止运营两年进行翻新和升级。在2021年春天,它将以相当强大的功能恢复运营。预计加速器和探测器将在2030年代中期继续采集数据,并且记录的数据量将超过迄今为止记录的数据量的30倍。随着数据的增加和分分彩计划软件功能的提升,希格斯玻色子很可能仍有故事可讲。




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