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比发现希格斯玻色子的更小概率 玻色子“三胞胎”

文/陈根

据物理学家组织网27日报道,美国科学家借助欧洲核子研究中心(CERN)的大型强子对撞机(LHC)和其紧凑缪子线圈实验(CMS),首次观察到极罕见的玻色子“三胞胎”生成事件。

研究人员称,最新观测涉及W或Z玻色子“三胞胎”的生成。玻色子包括光子、W玻色子、Z玻色子、胶子和希格斯玻色子。W或Z玻色子都携带弱力,但Z玻色子不带电荷。弱力是宇宙四大基本自然力(另外三种力分别为强力、电磁力和万有引力)之一,与放射性现象和太阳内部热核过程密切相关。粒子物理标准模型是描述强力、弱力、电磁力及组成物质的基本粒子(包括玻色子)等的理论。

而希格斯玻色子,几乎是神话般的实体,让粒子物理学成为了全球关注的焦点。1964年,英国科学家彼得·希格斯提出了希格斯场的存在,并进而预言了希格斯玻色子的存在。希格斯玻色子是支撑起我们这个宇宙的重要粒子,是基本粒子质量的来源。

希格斯认为粒子穿行于空间中,应该承受着某种“阻碍”,使其需要有所付出才能获得加速度,在宏观世界中体现为“质量”。而空间中的这种使物质获得质量的机制,就被称作“希格斯场”(Higgs field)。

后来,欧洲核子研究组织(CERN)在日内瓦建造了一座“大型强子对撞机”(LHC),科学家们开始尝试把粒子加速到接近光速的速度,希望能从空间中找到“希格斯场”中的粒子,也就是“希格斯粒子”,以此验证希格斯的理论。

2013年,通过对撞机实验,初步确认已经发现了“希格斯粒子”,定名为“希格斯玻色子”(Higgs Boson,粒子分为“玻色子”和“费米子”两类,它们的自旋特性不同),证明了“希格斯场”的存在,希格斯本人也因此荣获诺贝尔奖。

在研究中,研究人员发现当被加速到接近光速的高能质子束沿着LHC的圆形轨道在几个点迎面相撞时,就会有玻色子“三胞胎”生成——两个质子相撞时,质子内部的夸克和胶子被迫分开,W或Z玻色子随之出现。在极罕见的情况下,它们以“三胞胎”形式——WWW、WWZ、WZZ和ZZZ出现。研究人员表示,10万亿个质子—质子碰撞,才会生成一个此类“三胞胎”,这些事件发生的概率仅为发现希格斯玻色子的50分之一。

通过收集更多此类事件和其他罕见事件的数据,研究人员将能以更高精度测试对标准模型的预测,最终发现并研究超越标准模型的新相互作用。

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