希格斯玻色子是否遵循標(biāo)準(zhǔn)模型設(shè)定的所有規(guī)則

希格斯玻色子是否遵循標(biāo)準(zhǔn)模型設(shè)定的所有規(guī)則?自2012年發(fā)現(xiàn)粒子以來(lái)，ATLAS和CMS合作一直在努力研究希格斯玻色子的行為。任何意外的觀察都可能是超出標(biāo)準(zhǔn)模型的新物理的標(biāo)志。

在標(biāo)準(zhǔn)模型中，希格斯玻色子和物質(zhì)粒子(夸克和輕子)之間相互作用的強(qiáng)度與粒子的質(zhì)量成正比。在帶電輕子的情況下，與希格斯玻色子相互作用的強(qiáng)度預(yù)計(jì)最大的是tau，最重的帶電輕子，最小的是電子，最輕的帶電輕子。

標(biāo)準(zhǔn)模型允許將希格斯玻色子衰變成一對(duì)電子，但非常罕見(jiàn)，以至于預(yù)計(jì)不會(huì)被歐洲核子研究中心的ATLAS實(shí)驗(yàn)觀察到。就上下文而言，希格斯玻色子衰變成電子的可能性大約為40,000倍，而ATLAS最近才提供更新的初步搜索結(jié)果。如果ATLAS觀察到希格斯玻色子衰變?yōu)殡娮訉?duì)，那么新的物理過(guò)程就必須負(fù)責(zé)。

標(biāo)準(zhǔn)模型還預(yù)測(cè)，當(dāng)希格斯玻色子與帶電的輕子相互作用時(shí)，輕子不會(huì)改變其類(lèi)型(或味道)。因此，希格斯玻色子應(yīng)該衰變成一對(duì)電子，μ子或者taus，但不能衰變成例如電子和μ子，或者tau和μ子。這種衰變被稱(chēng)為“ 輕子 - 違反衰變”，并出現(xiàn)在許多新的物理學(xué)理論中。

ATLAS物理學(xué)家已經(jīng)開(kāi)始尋找兩種這樣的衰變，其中希格斯玻色子衰變?yōu)閠au，電子或μ子(H→eτ或H→μτ)。該搜索利用機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，發(fā)現(xiàn)沒(méi)有超出預(yù)期背景的顯著過(guò)剩。結(jié)果在95%置信水平下，H→eτ和H→μτ的分支比率的上限分別為0.47%和0.28%。

本周，在加拿大多倫多舉行的Lepton-Photon研討會(huì)上，ATLAS Collaboration展示了另外兩個(gè)希格斯玻色子衰變的新搜索：電子對(duì)(H→ee)，以及電子和μ子的違反風(fēng)味的組合(H→Eμ)。

新的H→ee搜索是ATLAS Collaboration的第一次搜索。這個(gè)特定的通道特別難以研究，因?yàn)轭A(yù)期大多數(shù)電子對(duì)事件都源于Z玻色子衰變(Z→ee)。在大Z→ee背景之上，希格斯玻色子衰變將被視為電子對(duì)的不變質(zhì)量中的“碰撞”。物理學(xué)家發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)中沒(méi)有這么多，并且能夠在95%的置信水平下將H→ee分支比設(shè)定為0.036%的上限。

盡管預(yù)期的背景過(guò)程較小并且源自許多過(guò)程，但是以類(lèi)似的方式執(zhí)行對(duì)H→eμ的搜索。與搜索 H→ee的情況一樣，沒(méi)有觀察到明顯過(guò)量的事件，并且在95%置信水平下對(duì)H→eμ分支比設(shè)置了0.006%的上限。

隨著這些新分析的完成，ATLAS Collaboration現(xiàn)在已經(jīng)搜索了所有可能的希格斯玻色子衰變到兩個(gè)帶電輕子。然而，這項(xiàng)工作尚未完成，ATLAS將繼續(xù)徹底調(diào)查帶電輕子與希格斯玻色子的相互作用。