希格斯機制

希格斯的產生與衰變通道(Higgs production and decay channels)

希格斯玻色子不是你能買來儲存的東西;它必須在一場劇烈的碰撞中被現做出來,而且幾乎在出現的那一瞬就崩解。所以研究希格斯意味著要弄清兩個分開的問題:你如何製造一個(產生),以及它衰變時變成什麼(衰變通道)?兩者都受同一條規則支配——希格斯與最重的粒子說話最響——這使它的行為既錯綜又可預言,就像一位只與房間裡最大牌的人交往的客人。

在產生這一側,在大型強子對撞機上製造希格斯最常見的方式是「膠子融合」:來自對撞質子的兩個膠子,經由一圈重的頂夸克,合併成一個希格斯。其他途徑(比如兩個W或Z玻色子融合,或希格斯與一個W、Z或一對頂夸克一同產生)更罕見,但給出更乾淨的實驗標記。在衰變這一側,一個125 GeV的希格斯有許多選項。它最常衰變成一對底夸克和反底夸克,因為底夸克很重、因而耦合很強;但那個通道淹沒在背景噪聲裡。雙光子通道和四輕子通道很罕見(雙光子途徑在每一千個希格斯玻色子裡只發生幾次),卻極具辨識度,正是它們敲定了2012年的發現。希格斯進入每個選項的比例,叫做該通道的分支比。

這些通道正是詳細檢驗希格斯的方式。通過測量希格斯被產生的頻率、以及它沿每條路徑衰變的頻率,再與精確的標準模型預言相比較,物理學家就能檢驗這個粒子是否真的就是教科書裡的希格斯。到目前為止,測得的速率在實驗不確定度之內與預言相符,這是一個驚人的成功。誠實的前沿:一些罕見的通道(比如希格斯衰變成兩個μ子,或它與自身的耦合)仍在測量中,或仍遙不可及,而任何偏差都可能是指向新物理的第一道裂縫。

粗略地說,在大型強子對撞機上每產生100個希格斯玻色子,大約58個衰變成底夸克,約21個衰變成W玻色子,少數衰變成τ輕子、Z玻色子和膠子,而只有約0.2個衰變成兩個光子。然而正是那一小片雙光子,因為極其乾淨,成了2012年揭示希格斯的兩個通道之一。

希格斯多半衰變成底夸克,但發現它的,卻是罕見而乾淨的雙光子通道。

最常見的衰變並不是最容易被發現的:佔主導的底夸克通道淹沒在背景裡,而罕見的雙光子通道卻很乾淨。「頻繁」和「可探測」不是一回事。

又稱
Higgs channelsgluon fusiondiphoton channel希格斯产生与衰变