大型强子对撞机：希格斯玻色子会衰变为暗物质吗？

可见物质——从花粉到恒星和星系——约占宇宙总质量的15%。

剩下的85%是由完全不同于我们可以触摸和看到的东西组成的:暗物质。

尽管引力效应的观测提供了大量证据，但暗物质的性质及其组成仍然未知。

如果暗物质实际上是不可见的，那么物理学家如何能够超越引力效应来研究它呢？有三种不同的方法:用天文观测台进行间接探测，寻找星系中心暗物质湮灭的衰变产物；用高灵敏度低背景实验直接探测，寻找从原子核散射的暗物质；通过在欧洲粒子物理研究所的大型强子对撞机(LHC)的受控实验室环境中创造暗物质。

尽管成功地描述了基本粒子和它们在低能量下的相互作用，粒子物理学的标准模型并不包括可行的暗物质粒子。

唯一可能的候选者，中微子，没有正确的属性来解释观测到的暗物质。

为了解决这个问题，标准模型的一个简单的理论扩展假设现有的粒子，如希格斯玻色子，作为已知粒子和暗物质粒子之间的“门户”。

由于希格斯玻色子与质量成正比，大质量的暗物质粒子应该会与之相互作用。

希格斯玻色子与标准模型粒子相互作用的强度仍有很大的不确定性；根据最新的ATLAS结合希格斯玻色子测量，高达30%的希格斯玻色子衰变可能是不可见的。

一些希格斯玻色子会衰变为暗物质吗？由于暗物质不与ATLAS探测器直接相互作用，物理学家寻找“不可见粒子”的迹象，这是通过质子-质子碰撞产物的动量守恒推断出来的。

根据标准模型，希格斯玻色子衰变为不可见最终状态的部分(四个中微子！)仅占0.1%，因此可以忽略不计。

如果这样的事件被观测到，这将是新物理学的一个直接迹象，也是希格斯玻色子衰变为暗物质粒子的潜在证据。

希格斯玻色子会衰变为暗物质吗？阿特拉斯协作搜索了整个LHC运行2数据集，以设定迄今为止希格斯玻色子衰变为不可见暗物质粒子的最强极限。

在LHC，寻找希格斯玻色子到不可见粒子的直接衰变的最灵敏通道是通过所谓的矢量玻色子聚变(VBF)产生的希格斯玻色子。

VBF希格斯玻色子的产生导致了两个粒子的喷射(称为“喷射”)，它们在ATLAS探测器中指向更向前的方向。

这一点，加上不可见暗物质粒子在垂直于光束轴的方向(“横向”)上的巨大动量缺失，创造了一个ATLAS物理学家可以寻找的独特信号。