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希格斯玻色子是否遵循标准模型设定的所有规则

前沿科技 2019-08-07 10:30:35

希格斯玻色子是否遵循标准模型设定的所有规则?自2012年发现粒子以来,ATLAS和CMS合作一直在努力研究希格斯玻色子的行为。任何意外的观察都可能是超出标准模型的新物理的标志。

在标准模型中,希格斯玻色子和物质粒子(夸克和轻子)之间相互作用的强度与粒子的质量成正比。在带电轻子的情况下,与希格斯玻色子相互作用的强度预计最大的是tau,最重的带电轻子,最小的是电子,最轻的带电轻子。

标准模型允许将希格斯玻色子衰变成一对电子,但非常罕见,以至于预计不会被欧洲核子研究中心的ATLAS实验观察到。就上下文而言,希格斯玻色子衰变成电子的可能性大约为40,000倍,而ATLAS最近才提供更新的初步搜索结果。如果ATLAS观察到希格斯玻色子衰变为电子对,那么新的物理过程就必须负责。

标准模型还预测,当希格斯玻色子与带电的轻子相互作用时,轻子不会改变其类型(或味道)。因此,希格斯玻色子应该衰变成一对电子,μ子或者taus,但不能衰变成例如电子和μ子,或者tau和μ子。这种衰变被称为“ 轻子 - 违反衰变”,并出现在许多新的物理学理论中。

ATLAS物理学家已经开始寻找两种这样的衰变,其中希格斯玻色子衰变为tau,电子或μ子(H→eτ或H→μτ)。该搜索利用机器学习技术,发现没有超出预期背景的显着过剩。结果在95%置信水平下,H→eτ和H→μτ的分支比率的上限分别为0.47%和0.28%。

本周,在加拿大多伦多举行的Lepton-Photon研讨会上,ATLAS Collaboration展示了另外两个希格斯玻色子衰变的新搜索:电子对(H→ee),以及电子和μ子的违反风味的组合(H→Eμ)。

新的H→ee搜索是ATLAS Collaboration的第一次搜索。这个特定的通道特别难以研究,因为预期大多数电子对事件都源于Z玻色子衰变(Z→ee)。在大Z→ee背景之上,希格斯玻色子衰变将被视为电子对的不变质量中的“碰撞”。物理学家发现数据中没有这么多,并且能够在95%的置信水平下将H→ee分支比设定为0.036%的上限。

尽管预期的背景过程较小并且源自许多过程,但是以类似的方式执行对H→eμ的搜索。与搜索 H→ee的情况一样,没有观察到明显过量的事件,并且在95%置信水平下对H→eμ分支比设置了0.006%的上限。

随着这些新分析的完成,ATLAS Collaboration现在已经搜索了所有可能的希格斯玻色子衰变到两个带电轻子。然而,这项工作尚未完成,ATLAS将继续彻底调查带电轻子与希格斯玻色子的相互作用。

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