希格斯玻色子的罕见衰变可能指向标准模型之外的物理学是真的还是假的？

粒子物理学家首次探测到希格斯玻色子的新衰变，揭示了标准模型预测的细微差异，并可能指向超越它的新物理学。研究结果发布在《物理评论快报》杂志上。

自 1960 年代以来理论上预测的希格斯玻色子最终于 2012 年在欧洲 CERN 实验室被发现。作为一个量子场，它渗透到整个空间中，其他粒子通过这些空间移动，通过它们与希格斯场的相互作用获得质量，希格斯场可以粗略地设想为对它们运动的一种抵抗。

希格斯玻色子的许多特性，包括它如何与其他粒子及其相关场相互作用，已经被测量为与标准模型的预测一致。

但是，一种尚未研究的希格斯衰变模式是理论预测，即希格斯玻色子偶尔会衰变并产生光子，即光量子和Z玻色子，Z玻色子是一种不带电的粒子，与两个W玻色子一起传递弱力。

来自欧洲核子研究中心ATLAS和CMS合作的科学家使用2015年至2018年从Run 2中获取的质子-质子碰撞数据来寻找这种特殊的Z+光子希格斯衰变。欧洲核子研究中心的大型强子对撞机是瑞士日内瓦附近的高能粒子加速器，它使质子在相反的方向上循环，同时使它们在特定的探测器点发生碰撞，每秒数百万次。

在这次运行中，两个质子碰撞的能量为13万亿电子伏特，略低于机器的当前最大值，以更相关的单位计算，该最大值为2.1微焦耳。这大约是普通蚊子的动能，或者一粒盐，每秒行进一米。

理论预测，每10000次衰变中，希格斯玻色子应该衰变成Z玻色子和光子，这是标准模型中最罕见的衰变。它首先产生一对顶夸克或一对W玻色子，然后它们本身衰变成Z和光子。

Atlas/CMS合作，来自9000多名科学家的工作，发现了“分支比率”，即每10000次衰变34次的衰变分数，每10000次衰变正负11次 - 理论值的2.2倍。

测量的分数太大 - 比理论值高出 3.4 个标准差，这个数字仍然太小，无法排除统计上的侥幸。尽管如此，相对较大的差异暗示了与理论存在有意义的差异的可能性，这可能是由于标准模型之外的物理学 - 新粒子是顶夸克和W玻色子以外的中介。

超越标准模型的物理学的一种可能性是超对称性，该理论假设半自旋粒子和整数自旋之间存在对称关系，每个已知粒子都有一个自旋相差半整数的伙伴。

许多理论物理学家长期以来一直是超对称性的倡导者，因为它可以解决困扰标准模型的许多难题，例如巨大的差异在弱力和引力的强度之间，或者为什么希格斯玻色子的质量，大约125千兆电子伏特，比大约1016的大统一能量尺度小得多盖夫。