早在2012年歐洲核子研究中心的ATLAS和CMS實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了希格斯玻色子，但它與其他粒子的耦合仍然是個謎。幸運(yùn)的是，大型強(qiáng)子對撞機(jī)為測量希格斯玻色子耦合提供了許多窗口。

產(chǎn)生希格斯玻色子的主要方式有四種：通過兩個膠子粒子的融合(膠子融合，或ggF)，通過弱矢量玻色子(VBF)的融合，或與W或Z玻色子(VH)或一個或多個頂夸克(ttH+tH)的結(jié)合。希格斯玻色子可以衰變的主要通道有五個：光子對、W或Z玻色子、tau輕子或b夸克，新研究發(fā)現(xiàn)于2019年5月7日公布。

每一個過程都帶來了對希格斯玻色子性質(zhì)的獨(dú)特見解，由于大型強(qiáng)子對撞機(jī)產(chǎn)生了數(shù)量空前的希格斯玻色子，上述所有的產(chǎn)生和衰變模式現(xiàn)在都已被觀測到。ATLAS（阿特拉斯）協(xié)商會提出了一個新的結(jié)果，使用2017年收集的數(shù)據(jù)，這些過程的每一個測量值都達(dá)到了五個標(biāo)準(zhǔn)差的顯著性閾值，超過了這個閾值，就認(rèn)為它們的存在。希格斯玻色子產(chǎn)生和衰變的大多數(shù)組合產(chǎn)量已經(jīng)被測量(見圖)，并已被發(fā)現(xiàn)與標(biāo)準(zhǔn)模型預(yù)測一致。假設(shè)質(zhì)子-質(zhì)子碰撞在13tev時發(fā)生衰變，按照標(biāo)準(zhǔn)模型的預(yù)測。對每一種生產(chǎn)模式的橫截面進(jìn)行測量，是迄今為止獲得最精確的測量。

物理學(xué)家也開始以一種新的方式探索希格斯玻色子之謎，在最新的分析中，阿特拉斯物理學(xué)家們沒有把希格斯玻色子包含在主要的產(chǎn)生和衰變模式中，而是分別測量了相空間較小區(qū)域的希格斯玻色子拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：希格斯玻色子橫向動量的不同范圍、伴生噴流的數(shù)量、伴生弱玻色子和頂夸克的數(shù)量和運(yùn)動特性。使用這些被稱為“簡化模板截面”(STXS)的小拼圖，物理學(xué)家可以更好地將測量過程從理論性質(zhì)的解釋中分離出來。最后，它提供了在大型強(qiáng)子對撞機(jī)上希格斯玻色子耦合的更細(xì)粒度圖像，并對標(biāo)準(zhǔn)模型進(jìn)行了更嚴(yán)格的測試。

在分析中考慮的STXS區(qū)域中，有些區(qū)域已經(jīng)在LHC上進(jìn)行了較高精度的測量，但到目前為止沒有發(fā)現(xiàn)與標(biāo)準(zhǔn)模型的偏離。這些測量結(jié)果使物理學(xué)家進(jìn)一步提高了對希格斯玻色子與其他基本粒子耦合特性的靈敏度。此外，還對新的物理理論設(shè)置了約束，比如引入更多希格斯玻色子的“雙希格斯雙重態(tài)模型”，以及hMSSM超對稱模型，這些理論比阿特拉斯之前報道的更為嚴(yán)格。隨著更多來自Run 2和Run 2之后的數(shù)據(jù)的加入，這些測量數(shù)據(jù)將繼續(xù)得到改善，從而為希格斯玻色子性質(zhì)提供一幅更加精細(xì)的圖像。

博科園-科學(xué)科普｜研究/來自:?ATLAS Experiment

參考期刊文獻(xiàn):《美國國家科學(xué)院院刊》

DOI: 10.1073/pnas.1820354116

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