大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)ATLAS探測(cè)器實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

      世界最強(qiáng)大的粒子加速器——大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)（LHC），其超環(huán)面儀器（ATLAS）實(shí)驗(yàn)日前報(bào)告了可用來(lái)測(cè)試希格斯粒子機(jī)制的第一個(gè)證據(jù)，正是這一機(jī)制，讓希格斯粒子可以賦予其他基本粒子以質(zhì)量。這一機(jī)制的出現(xiàn)，比希格斯粒子的產(chǎn)生本身更為罕見(jiàn)。此發(fā)現(xiàn)到目前為止與標(biāo)準(zhǔn)模型的預(yù)測(cè)一致，相關(guān)研究論文已被《物理評(píng)論快報(bào)》接受。

       希格斯粒子被認(rèn)為是其他粒子形成質(zhì)量的基礎(chǔ)。在標(biāo)準(zhǔn)模型中，所謂希格斯機(jī)制就是指一種很簡(jiǎn)單的、生成質(zhì)量的機(jī)制，能夠使基礎(chǔ)粒子獲得質(zhì)量。這一機(jī)制可以解釋?zhuān)瑸槭裁促M(fèi)米子、W玻色子、Z玻色子具有質(zhì)量，而光子、膠子的質(zhì)量為零的問(wèn)題。

      具體來(lái)說(shuō)，希格斯機(jī)制應(yīng)用自發(fā)對(duì)稱(chēng)性破缺來(lái)賦予規(guī)范玻色子質(zhì)量。實(shí)現(xiàn)希格斯機(jī)制最簡(jiǎn)單的一種方式，是標(biāo)準(zhǔn)模型中必須有一個(gè)標(biāo)量粒子，即希格斯粒子出現(xiàn)。

      據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)7月16日（北京時(shí)間）消息稱(chēng)，美國(guó)能源部布魯克海文國(guó)家實(shí)驗(yàn)室、勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室、密歇根大學(xué)和德國(guó)德累斯頓技術(shù)大學(xué)組成了特定的研究團(tuán)隊(duì)，從兩年前就已開(kāi)始分析工作。物理學(xué)家馬克-安德魯·帕雷爾，在今年稍早時(shí)間召開(kāi)的一次量子色動(dòng)力學(xué)與高能交互會(huì)議上提交了初步報(bào)告，他此次領(lǐng)導(dǎo)并合作分析了ATLAS的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。他描述這一結(jié)果的罕見(jiàn)性，是“100萬(wàn)億個(gè)質(zhì)子與質(zhì)子的對(duì)撞中只有1個(gè)會(huì)產(chǎn)生這一事件”，而更復(fù)雜的是，僅僅找到這個(gè)事件并不足夠，還需要觀察其生產(chǎn)率是否高于預(yù)測(cè)。

      因此，研究人員仔細(xì)檢查了數(shù)十億由大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)產(chǎn)生的質(zhì)子對(duì)撞結(jié)果，不敢放過(guò)一個(gè)事件信號(hào)，而衰變產(chǎn)物可以讓他們像神探福爾摩斯般推斷事件中究竟發(fā)生了什么。現(xiàn)可以“敲定”的共基于34個(gè)觀察事件，互動(dòng)率測(cè)量也與標(biāo)準(zhǔn)模型預(yù)測(cè)保持良好一致。

      據(jù)帕雷爾描述，目前對(duì)撞機(jī)的數(shù)據(jù)在現(xiàn)行理論預(yù)測(cè)之中，信號(hào)建立的顯著性水平為3.6西格瑪，已是一個(gè)強(qiáng)有力的證據(jù)。這個(gè)結(jié)果是微弱背景波動(dòng)的概率非常低，約為六千分之一，但科學(xué)家們希望收集到更多的數(shù)據(jù)來(lái)減少不確定性，增加顯著性水平。

      通過(guò)測(cè)量這一機(jī)制，也讓科學(xué)家們可以檢查希格斯粒子的“工作方式”是否正如他們所希望的那樣。除了希格斯機(jī)制外，亦有大量的模型試圖解釋基本粒子的質(zhì)量來(lái)源，現(xiàn)在既可以為標(biāo)準(zhǔn)模型做一個(gè)基本測(cè)試，也能為新物理打開(kāi)一扇窗口。帕雷爾將其比喻成指紋學(xué)——就像現(xiàn)已有了一個(gè)預(yù)測(cè)的指模，如果測(cè)量的指紋與其匹配，那么我們可以得到希格斯粒子的工作機(jī)制；如果背離預(yù)測(cè)結(jié)果，那我們也可以得到其他物理機(jī)制的參與。

      在2015年3月，大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)將恢復(fù)數(shù)據(jù)采集并提高能量——以13TeV取代目前的8TeV，收集的數(shù)據(jù)將是當(dāng)前可用數(shù)據(jù)150倍，進(jìn)一步幫助科學(xué)家對(duì)希格斯粒子的研究從“臺(tái)前”深入到“幕后”。