嫦娥五号玄武岩与阿波罗玄武岩形成示意图。受访者供图

大型强子对撞机(LHC)紧凑渺子线圈(CMS)国际合作组在最新一期《自然·物理学》杂志上撰文指出,他们对希格斯玻色子的质量分布——“宽度”作了迄今最精确测量:3.2兆电子伏特。这与标准模型预测一致,但比此前测量更精确,此前测量仅指出其宽度必须小于9.2兆电子伏特。

在粒子物理标准模型中,希格斯玻色子赋予所有其他基本粒子质量,2012年LHC首次发现了希格斯玻色子。但希格斯玻色子的性质很难确定,因为它会很快衰变为其他粒子,且并不总是以相同质量出现。

CMS成员之一格雷格·兰德斯伯格解释称,后者是海森堡不确定性原理的一个结果。该原理认为,任何在有限时间内存在的粒子都必须拥有可能的能量和质量范围——宽度,而非固定值。在几乎所有实验中,宽度非常小的粒子都拥有相同的质量,而宽度较大粒子的质量则非常不一致,物理学家迄今仅对希格斯玻色子的宽度进行了不精确估算。

在最新研究中,CMS合作组根据2016年至2018年LHC第二轮运行期间收集的数据,确定了希格斯玻色子的宽度。他们的策略是比较希格斯玻色子衰变为其他两个粒子的两个不同过程的数据。在一个过程中,一个质量异常巨大的希格斯玻色子衰变为两个Z玻色子。在另一种情况下,希格斯玻色子的质量为理论模型预测更常见的质量。通过比较,研究人员计算出希格斯玻色子的宽度可能为3.2兆电子伏特。

研究人员表示,准确测量希格斯玻色子的宽度可揭示理论预测中的差异,从而揭示新物理现象,比如与一些奇异暗物质粒子相互作用的希格斯玻色子。CMS团队希望2026年获得对撞机第三轮运行后的数据,改进其计算,更深入地揭示希格斯玻色子的“庐山真面目”。

(原标题《希格斯玻色子质量分布获迄今最精确测量》)