微资讯！如【rú】果希格斯粒子【zǐ】能到达隐谷我们将【jiāng】在【zài】下【xià】一代加速器中【zhōng】看到新的物理学【xué】

可【kě】能是著名的希格斯玻色子，共同负责大量基本粒子的【de】存【cún】在，也与几【jǐ】十年来一直【zhí】在【zài】寻找的【de】新物理【lǐ】学世界【jiè】相【xiàng】互【hù】作用。如果情况确实如此【cǐ】，希格斯粒【lì】子应该以一【yī】种特有的方【fāng】式衰变，涉【shè】及奇异粒子【zǐ】。位于克拉科夫【fū】的波兰科学院核物【wù】理研究所表明，如果这种【zhǒng】衰变确实发【fā】生，它们将在目前【qián】正在设【shè】计的大型【xíng】强子对撞机的后继产品【pǐn】中观察到【dào】。

谈到“隐谷”时，我【wǒ】们【men】首【shǒu】先想【xiǎng】到的是龙【lóng】，而【ér】不是可靠的科学。然而，在高能物【wù】理学中，这个生【shēng】动的名字被赋予了某些【xiē】模型，这些模【mó】型扩展【zhǎn】了当前已知的基本粒【lì】子集【jí】。在这些所【suǒ】谓的隐谷模型中，标【biāo】准模型描述的我们【men】世界的粒子属于低【dī】能【néng】组，而奇异粒子则【zé】隐藏【cáng】在高【gāo】能区。理论上【shàng】的考虑表【biǎo】明著名的希格斯玻色子的奇异衰变，尽管经【jīng】过多年的探索，大型强子对撞机加速【sù】器仍未观察到这【zhè】种情况。然而，

“在【zài】 Hidden Valley 模【mó】型中，我们有两组粒子被能垒隔开。该【gāi】理论认为【wéi】，在特定情【qíng】况下，可【kě】能会有奇【qí】异【yì】的大质量粒子穿【chuān】过这个屏障。像【xiàng】希格斯玻色子【zǐ】或假设的 Z" 玻【bō】色子这样的粒子将充【chōng】当两个世界粒子之间的通【tōng】信者。希【xī】格斯玻色子是【shì】标准模型中质量最大的【de】粒子【zǐ】之【zhī】一，是此类传播者的理想【xiǎng】候选者，”《高能物理学杂【zá】志》上一篇文章【zhāng】的主要作者 Marcin Kucharczyk 教授 (IFJ PAN)介绍了有【yǒu】关【guān】在未来的轻【qīng】子加速器中【zhōng】检【jiǎn】测希【xī】格斯玻色子衰【shuāi】变【biàn】的可能性的【de】最新分析和模拟。

(资料图)

通讯器进入低能【néng】区后，会衰变【biàn】成两【liǎng】个质量相当大的奇【qí】异粒子。这些【xiē】粒子中的每一个都会以皮秒为【wéi】单【dān】位【wèi】——即万亿分之【zhī】一秒——衰变成另外两个质量更小的粒子，然后它们将在标准模型中。那么【me】未【wèi】来加速【sù】器的探测器会出现什么迹象呢【ne】?希格斯粒子本身将不【bú】会被注【zhù】意到，两个【gè】隐谷粒子也【yě】是如【rú】此。然而，奇异粒子【zǐ】会逐【zhú】渐发散并最终衰变，随【suí】着粒【lì】子射流从轻子束的轴上【shàng】偏移，通常会变成现代探【tàn】测器中【zhōng】可【kě】见的【de】夸克【kè】-反【fǎn】夸克【kè】美对。

“因此，对希格斯玻色子衰变的观察将包【bāo】括寻找由【yóu】夸克-反【fǎn】夸【kuā】克对【duì】产生的【de】粒子射流。然后必须对它们的【de】轨道进行【háng】追【zhuī】溯重建，以找到外【wài】来粒子可【kě】能已经衰变的地【dì】方。这些地方【fāng】，专【zhuān】业上称为衰【shuāi】变顶点，应该成【chéng】对出现，并且相对于【yú】加【jiā】速器中碰【pèng】撞光束【shù】的轴有特征地移【yí】动。这些变化【huà】的大【dà】小取决于希【xī】格斯【sī】衰变期间出现的奇异粒子【zǐ】的质量和平均寿命等【děng】因素”，理【lǐ】学硕士 Mateusz Goncerz 说。(IFJ PAN)，相关论文的合著者。

目前世界上最大的粒【lì】子加速器 LHC 的质子【zǐ】碰撞【zhuàng】能量高达数【shù】兆电子伏特【tè】，理论【lùn】上【shàng】足以产生能【néng】够【gòu】跨越将【jiāng】我们的世界与【yǔ】隐【yǐn】谷分隔开【kāi】的能量屏【píng】障的希格斯粒子。不【bú】幸的是，质子【zǐ】不是基本粒子——它们【men】由【yóu】三【sān】个被强相互作用束缚的价夸克组成，能够产生大量不【bú】断出现【xiàn】和【hé】消失的虚粒子，包括夸克-反夸克【kè】对【duì】。这【zhè】种【zhǒng】动态【tài】复杂的内部结【jié】构在质子碰撞中产生了大量的次级粒子，包【bāo】括许多【duō】质量很大的夸【kuā】克和【hé】反夸【kuā】克。它们形成了一个背景，在这个背景下，几乎不【bú】可能从正【zhèng】在寻找的奇【qí】异希格斯玻色子衰变【biàn】中找到粒【lì】子。

应该通过将加速器设【shè】计为大型强子对撞机的后继者，从【cóng】根本上改进对可【kě】能的希格斯衰【shuāi】变到这些状态的检测：CLIC(紧凑【còu】型【xíng】线性对撞机)和【hé】 FCC(未【wèi】来【lái】圆【yuán】形对撞机)。在这两【liǎng】种设【shè】备中，电子【zǐ】都可以与它们的反物质伙伴正电【diàn】子碰撞(CLIC 专用于此类碰撞，而 FCC 也【yě】将允许质【zhì】子【zǐ】和重离子碰撞【zhuàng】)。电子和【hé】正电子没【méi】有内部结构【gòu】，因【yīn】此奇异的希格【gé】斯玻色子衰变的背【bèi】景应该【gāi】比大型强子对【duì】撞【zhuàng】机【jī】弱。只有这样才能识【shí】别【bié】出有【yǒu】价值的信号吗?

在【zài】他们的研究中【zhōng】，来自【zì】 IFJ PAN 的【de】物理【lǐ】学家考虑了 CLIC 和 FCC 加速【sù】器最重要的参数，并确定了【le】具有四个美【měi】夸克【kè】和反夸克形【xíng】式的终态的奇异希格【gé】斯衰变的概【gài】率。为【wéi】了确保预测涵盖更广泛的模型组【zǔ】，外来粒子的质【zhì】量和平均寿【shòu】命被【bèi】考虑在适当广泛的值范围内。结【jié】论出【chū】人意【yì】料【liào】地积极：所有【yǒu】迹【jì】象都表【biǎo】明，在未来【lái】的电子-正电子对撞机中，奇异【yì】的希格斯衰变背景甚【shèn】至可以从根本上减少几【jǐ】个数量级，在【zài】某些情况【kuàng】下甚【shèn】至可以忽【hū】略不计。

粒子通【tōng】信子的【de】存在不仅在【zài】 Hidden Valley 模【mó】型中【zhōng】是可能的，而且在标准模型的【de】其他扩展中也是【shì】可【kě】能的。因此，如果未来加【jiā】速器的探测器记录下与克拉科夫研究人员分析的【de】希【xī】格斯衰变【biàn】相对应的特征，这将只是理解新物理【lǐ】学的第一步【bù】。下一步将是收【shōu】集足够多【duō】的事件，并【bìng】确定可以【yǐ】与新物理学【xué】理【lǐ】论模【mó】型的预测【cè】进行比较的主要衰变参【cān】数【shù】。

“因【yīn】此，我【wǒ】们工作的主要结论纯粹是实用的。我们【men】不确定希格斯玻色子衰变【biàn】中涉及的新物理粒子是否属于我们使用的【de】隐谷【gǔ】模型。然而【ér】，我们已【yǐ】经将【jiāng】这个模型视为许多其他新物理【lǐ】学提议的代表，并且已经表明，如果如模【mó】型所预测的那样，希【xī】格【gé】斯【sī】玻【bō】色【sè】子衰变成奇异粒子，那么这【zhè】种现象应该【gāi】在【zài】那些电【diàn】子和正电子对【duì】撞机【jī】中【zhōng】完全可见，这些【xiē】对撞【zhuàng】机【jī】是计划在不久【jiǔ】的将来推【tuī】出”，Kucharczyk 教授总结道。

相关研究由波兰国家科学中心的 OPUS 资助资助。