希格斯玻色子最终被观察到衰变为称为底夸克的基本粒子

2019-06-16 15:54:49

来自兰卡斯特大学的专家在欧洲核子研究中心的一项突破性发现中分享了希格斯玻色子 - 一种新发现的粒子,有助于解释所有物质如何“质量” - 如预期的那样衰变,使我们又向理解早期宇宙的形状迈进了一步。

在最初发现的六年后, 希格斯玻色子 最终被观察到衰变为称为底夸克的基本粒子。该研究结果由欧洲核子研究中心 在大型强子对撞机(LHC)的 ATLAS 和 CMS合作中提出,其中兰卡斯特大学是其中的一部分。

这一新发现与希格斯玻色子背后的弥散量子场也为底夸克提供质量的假设是一致的。

Roger Jones教授是兰卡斯特大学物理系主任,负责英国欧洲核子研究中心ATLAS的计算。他说:“这一发现是一项非常详细的研究的结果,涉及大多数ATLAS合作。兰开斯特大学发挥了关键作用,在轨道测量方​​面进行了大量基础工作,测量了粒子的寿命,并确定了所有有助于识别衰变衰变的μ子。兰卡斯特团队的成员也参与了庞大的处理系统,以便分析所需的大量数据集。

“这只是一个开始 - 我们的工作将继续下去。我们才刚刚开始理解这个新的,真正基本的粒子,所以我们将继续寻找其家族的其他成员,指出更广泛地理解塑造早期宇宙的基本过程,并控制最小的相互作用。秤。”

粒子物理学的标准模型 预测,大约60%的时间希格斯玻色子会衰变成一对底夸克,这是六种夸克中第二重的夸克。测试这个预测是至关重要的,因为结果要么支持标准模型 - 这是基于希格斯场赋予夸克和其他具有质量的基本粒子的想法 - 或者摇摆其基础并指向新的物理学。

发现这种常见的希格斯 - 玻色子衰变通道绝非易事,正如玻色子发现后的六年时间 所示。困难的原因是在质子 - 质子碰撞中存在许多产生底夸克的其他方法。这使得很难将Higgs-boson衰变信号与与这些过程相关的背景“噪声”隔离开。相比之下,在发现粒子时观察到的不太常见的希格斯 - 玻色子衰变通道,例如衰变为一对光子,更容易从背景中提取。

为了提取信号,ATLAS和CMS合作各自组合了LHC的第一次和第二次运行的数据,其涉及能量为7,8和13 TeV的碰撞。然后,他们将复杂的分析方法应用于数据。ATLAS和CMS的结果是检测到希格斯玻色子衰变为一对底夸克,其显着性超过5个标准偏差。此外,两个团队在当前的测量精度范围内测量了与标准模型预测一致的衰减速率。

“这一观察是探索希格斯玻色子的里程碑。它表明,ATLAS和CMS实验已经深刻理解了他们的数据,并且对背景的控制超出了预期。ATLAS现已观察到希格斯玻色子与第三代重夸克和轻子以及所有主要生产模式的所有耦合,“ATLAS合作发言人Karl Jakobs表示。

“自从一年前希格斯玻色子衰变为tau-leptons的第一次单实验观察以来,CMS和我们在ATLAS的同事一起观察到希格斯玻色子与最重的费米子的耦合:tau,顶夸克,而现在是底夸克。卓越的LHC性能和现代机器学习技术使我们能够比预期更早地实现这一结果,“CMS合作发言人乔尔巴特勒说。

随着更多的数据,合作将提高这些和其他测量的精确度,并探测希格斯玻色子衰变为一对称为μ子的质量较小的费米子,总是在观察数据的偏差,这些偏差可能指向超出标准模型。

“实验继续留在希格斯粒子上,这通常被认为是新物理学的门户。这些美好的早期成就也强调了我们升级LHC以大幅增加统计数据的计划。现在已经证明分析方法达到了探索完整物理学领域所需的精度,包括迄今为止隐藏得如此微妙的新物理学,“CERN研究与计算主任埃克哈德埃尔森说。