CERN测量到迄今最精准希格斯玻色子寿命

2021年12月03日 14:54 次阅读 稿源:cnBeta.COM 条评论

欧洲核子研究中心(CERN)的物理学家测量了希格斯玻色子的寿命且精确度比以往任何时候都要高。由于这个传说中的粒子存活的时间极短极短,于是科学家们想出了一个创造性的变通方法来计算这个新数字。

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希格斯玻色子在20世纪60年代首次被假设,它是标准模型所预测的最后一个基本粒子,其他粒子则通过与它的相互作用获得质量。2012年对它的探测是一个世纪以来最重要的科学突破之一,为提出这一想法的科学家赢得了2013年诺贝尔物理学奖。

此后,希格斯玻色子在大型强子对撞机(LHC)中定期产生,这使物理学家能够研究它的特性,但其中一些特性很难精确确定。事实上,它的寿命本身就是最难直接测量的特性之一,因为它不允许有足够的时间穿过仪器到达检测器。

因此,在这项新的研究中,CMS合作组织的科学家们使用了一种间接的方法来测量希格斯玻色子的寿命,且比以前更加精确。相反,他们转向了一种被称为质量宽度的不同属性--该粒子可能具有的质量范围。从本质上讲,粒子的质量宽度越大它的寿命就越短,其允许物理学家通过测量前者来计算后者。

希格斯玻色子的名义质量--其通常的、最常见的数值--是125吉电子伏(GeV)。但由于海森堡不确定性原理的量子怪异性,有时也会产生出更大质量的版本。研究小组分析了来自LHC第二次观测运行的数据,然后以计算“在壳”希格斯玻色子(那些接近标称质量的玻色子)跟“离壳”希格斯玻色子(那些质量比平常大得多的玻色子)的比率。

通过利用这种技术,研究人员得以计算出希格斯玻色子的寿命:210 yoctoseconds。这个数值的不确定性 只有(+2.3/-0.9) x 10-22秒,这使其成为迄今为止对希格斯玻色子寿命的最精确测量。

CMS物理学家Pascal Vanlaer表示:“我们的结果表明,壳外希格斯玻色子的产生为测量希格斯玻色子的寿命提供了一个极好的方法。这为研究这一独特粒子的特性树立了一个里程碑。在未来几年里,随着下一次LHC运行的数据和新的分析思路,测量的精度有望得到提高。”

据悉,LHC的下一次观测运行将于2022年启动。

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