欧洲核子研究组织(CERN)的ATLAS和CMS实验宣布了新的结果，这些结果表明希格斯玻色子衰减为两个μ子。
CMS(左)和ATLAS(右)记录的希格斯玻色子衰变为两个μ子的候选事件显示。 图片：CERN)
在第40届ICHEP会议上，ATLAS和CMS实验宣布了新的结果，这些结果表明希格斯玻色子衰减为两个μ子。介子是电子的重拷贝，电子是构成宇宙物质含量的基本粒子之一。电子被归类为第一代粒子，而介子则属于第二代。希格斯玻色子衰变成μ子的物理过程是一种罕见的现象，因为在5000个希格斯玻色子中只有大约一个希格斯玻色子衰变为μ子。这些新结果对基础物理学具有至关重要的重要性，因为它们首次表明希格斯玻色子与第二代基本粒子相互作用。
自2012年发现希格斯玻色子以来，欧洲核子研究组织的物理学家一直在对其进行研究，以探究这种非常特殊的粒子的性质。希格斯玻色子是由大型强子对撞机质子碰撞产生的，几乎瞬间分解成其他粒子。研究希格斯玻色子性质的主要方法之一是分析其如何衰减成各种基本粒子和崩解速率。
CMS以3σ的速度获得了这种衰变的证据，这意味着从统计波动中看到希格斯玻色子衰变为μ对的机会少于700。ATLAS的2σ结果意味着几率是40。这两个结果将显着增加远高于3 sigma的显着性，并为希格斯玻色子衰减到两个μ子提供了有力的证据。
CMS自豪地实现了这种对希格斯玻色子对μ子衰变的敏感性，并为这一过程展示了第一个实验证据。CMS发言人罗伯托·卡林(Roberto Carlin)表示，希格斯玻色子似乎也与标准模型的预测相符，并且还会与第二代粒子发生相互作用。实验。
希格斯玻色子是希格斯场的量子表现，它通过Brout-Englert-Higgs机理为与之相互作用的基本粒子赋予质量。通过测量希格斯玻色子衰减成不同粒子的速率，物理学家可以推断出它们与希格斯场相互作用的强度：衰减到给定粒子的速率越高，其与该场的相互作用越强。到目前为止，ATLAS和CMS实验已经观察到希格斯玻色子会衰变成不同类型的玻色子，例如W和Z以及重的费米子(例如tau轻子)。与最重的夸克(顶部和底部)的相互作用在2018年进行了测量。与之相比，μ子要轻得多，而与希格斯场的相互作用则较弱。因此，以前在大型强子对撞机中尚未见到希格斯玻色子和μ子之间的相互作用。
“希格斯玻色子衰减到第二代物质粒子的证据补充了非常成功的Run 2希格斯物理学程序。希格斯玻色子性质的测量在精度上已进入了一个新的阶段，可以解决罕见的衰减模式。这些成就取决于庞大的LHC数据集，ATLAS检测器出色的效率和性能以及新颖的分析技术的使用。” ATLAS发言人Karl Jakobs说。
使这些研究更具挑战性的是，在大型强子对撞机中，每预测一个希格斯玻色子衰变到两个μ子，就会通过模仿预期的实验特征的其他过程产生成千上万的μ对。希格斯玻色子衰变为μ子的特征标志是聚集在125 GeV的μ对质量上的少量事件，这是希格斯玻色子的质量。要将希格斯玻色子与μ对相互作用隔离开来并非易事。为此，两个实验都从希格斯玻色子衰变中测量了候选μ子的能量，动量和角度。此外，还通过诸如复杂的背景建模策略之类的方法以及诸如机器学习算法之类的其他先进技术来提高分析的敏感性。CMS结合了四个独立的分析，每一种都经过优化，可以将物理学事件与特定希格斯玻色子生产模式的可能信号进行分类。ATLAS将他们的事件分为20类，针对特定的希格斯玻色子生产模式。
到目前为止的结果与标准模型预测一致，使用了从大型强子对撞机第二轮运行中收集的全部数据集。随着下一次粒子加速器将记录更多的数据以及使用高光度LHC，ATLAS和CMS的合作有望达到建立希格斯玻色子衰变到两个μ子并限制可能的发现所需的灵敏度(5 sigma)。标准模型以外的物理理论会影响希格斯玻色子的这种衰减模式。
