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哈喽,我是小玖。

最近粒子物理学界传来了一个足以震动整个科学界的消息。

欧洲核子研究中心(CERN)的ATLAS合作组,在瑞士日内瓦正式宣布观测到了希格斯玻色子衰变为一对μ子的强有力证据。

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可能有朋友觉得这听起来太抽象,说白了,这一发现相当于我们在探索“质量起源”这个终极问题上,又往前迈进了一大步。

这种穿透微观世界的探索,恰恰体现了人类理性最迷人的地方,哪怕是宇宙最底层的规律,也能被我们一点点拆解明白。

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实验背后的极致挑战

很多人可能不知道,要捕捉到这样一个关键信号,物理学家们付出了多大的努力。

小玖先给大家科普个背景,希格斯玻色子被称为“上帝粒子”,是解释万物质量起源的核心。

2012年被首次发现后,科学家们就一直在追踪它的各种衰变轨迹。

但这次观测的μ子衰变,难度远超以往。

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在CERN长达27公里的大型强子对撞机(LHC)隧道里,质子束以接近光速碰撞,能量高达13 TeV。

每几十亿次碰撞才可能偶然诞生一个希格斯玻色子。

更关键的是,希格斯玻色子极不稳定,瞬间就会衰变,而衰变为μ子对的概率更是低到离谱。

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大约每5000个希格斯玻色子中,才会有1个选择这种衰变方式。

这就好比在无边无际的干草堆里,找一根颜色和形状都极其普通的针。

更考验人的是,实验中还存在海量的背景干扰。

最主要的就是Z玻色子衰变产生的双μ子信号,这些干扰事件数以万亿计,和希格斯玻色子衰变的信号混在一起,难分彼此。

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物理学家们必须依靠精密的探测器和先进的数据筛选算法,像“淘金”一样把有用的信号从噪音中提炼出来。

这次ATLAS合作组得出的信号统计显著性达到3.4σ,在粒子物理学中这代表“强有力的证据”。

虽然还没达到5σ的“确凿发现”标准,但已经足够让学界信服。

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而且这一结果和此前CMS合作组的观测相互印证,排除了统计涨落的可能,足以说明这是客观存在的物理事实。

小玖觉得,能在这么复杂的干扰中捕捉到微弱信号,不仅是理论的胜利,更是实验技术和数据分析能力的极致体现。

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希格斯机制的跨代验证

可能有朋友会问,不就是观测到一种衰变吗?为什么说它意义重大?

这就要回到粒子物理学的核心问题,质量到底是怎么来的。

粒子通过与它相互作用获得质量,相互作用越强,质量就越大。

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此前,科学家们已经证实希格斯玻色子会衰变为质量最重的第三代粒子,比如顶夸克和τ子,这符合“重粒子与希格斯场相互作用更强”的理论。

但问题来了,这个机制对质量更轻的粒子是否同样适用?

如果存在例外,整个标准模型的根基可能都会动摇。而μ子属于第二代粒子,质量远小于第三代粒子。

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这次观测到希格斯玻色子衰变为μ子对,恰恰证明了希格斯机制的通用性。

它不是只偏爱“大块头”粒子,而是对所有世代的粒子都有效,只是相互作用强度不同。

这一发现填补了标准模型的关键空白,让我们对质量起源的理解更完整了。

小玖认为,这背后最令人震撼的是物理法则的普适性,从质量巨大的顶夸克到相对轻盈的μ子,竟然都遵循着同一套质量生成逻辑。

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不过这也不是探索的终点,目前科学家们的目光已经投向了更轻的第一代粒子,电子。

理论上希格斯玻色子也能衰变为电子-正电子对,但这种概率仅为两亿分之一,现有LHC根本无法捕捉,只能留给未来环形对撞机(FCC)等下一代设备去挑战。

可以说,这次的发现既是对现有理论的确认,也为后续探索指明了方向,人类对宇宙底层规律的探索,永远在路上。

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