ATLAS协作甚至比希格斯粒子探测到的过程还要好

时间：2021-09-19 18:25:02 来源：

大型强子对撞→机的ATLAS探测器中的WW WW散射候选事件。

ATLAS协作组织发表的一项新研究报告了该过程的第一个证据，该过程可用于测试最近发现的希格斯粒子将质量赋予其他基本粒子的机理。

在世界上最大，最强大的“原子粉碎机”大型强子对撞机（LHC）上进行ATLAS实验的科学家报告了该过程的第一个证据，该过程可用于测试最近发现的希格斯粒子将质量传递给原子核的机理。其他基本粒子。这个过程比希格斯本身的生产更为罕见，这个过程是将两个相同电荷的称为W玻色子的粒子相互散射开来，这也为粒子物理标准模型提供了新的严格测试。迄今为止，这些发现与标准模型的预测相符，并在《物理评论快报》刚刚接受的一篇论文中进行了报道。

美国能源部布鲁克海文国家实验室的物理学家马克·安德烈·普莱尔（Marc-AndréPleier）说：“在每100万亿个质子-质子碰撞中，只有约一个会产生这些事件。”合作。进一步使事情复杂化，仅找到一个这样的罕见事件是不够的。“您需要观察很多人，看看生产率是否高于或等于预期。” Pleier说。“我们仔细观察了大型强子对撞机产生的数十亿次质子-质子碰撞，以发现这些事件的特征。这些衰变产物使我们能够像福尔摩斯一样推断出事件中发生的事情。”

分析工作始于两年前，特别是由布鲁克海文，密歇根大学劳伦斯伯克利国家实验室和德国德累斯顿工业大学的研究小组进行的。Pleier在2014年3月的“ Rencontres de Moriond – QCD和高能相互作用”会议上发表了初步结果。现在，根据总共34个观察到的事件确定下来，测得的相互作用速率与“标准模型”（描述所有已知基本粒子及其相互作用的理论）所预测的速率非常吻合。

“到目前为止，标准模型在所有测试中均幸存下来，但我们知道它是不完整的，因为在标准模型中无法解释宇宙中存在暗物质，暗能量和反物质/物质不对称性的现象，”普莱尔说。因此，物理学家一直在寻找检验该理论的新方法，以寻找可能在何处以及如何分解该理论。

普莱尔说：“ W玻色子相互作用的这一过程是我们永远无法测试的过程，因为我们没有足够的能量或足够大的数据集来观察这一非常罕见的过程，直到我们建立了大型强子对撞机。”

现在有了LHC数据，测得的速率与现行理论的预测相符，并以3.6 sigma的显着性水平建立了信号-强有力的证据，据Pleier称。他说：“这种测量仅是背景波动的可能性很小，约为6000分之一。”但是物理学家希望通过收集更多的数据来减少不确定性并提高重要性水平，从而更加确定。

继续执行任务的另一个原因是：“通过测量这个过程，我们可以检查我们发现的希格斯粒子是否按照我们期望的方式完成了它的工作，” Pleier说。“除了希格斯机制外，还有许多模型试图解释基本粒子如何获得质量。因此，对这种散射过程的测量既可以作为标准模型的基础测试，又可以作为新物理学的窗口。”

为了测试希格斯机制，科学家们比较了W散射过程的衰变产物的分布-他们多久观察一次具有特定能量和几何构型的特定产物。

普莱尔说：“这就像一个指纹。我们有一个预测的指纹，我们有一个可以测量的指纹。如果指纹匹配，我们知道希格斯将按应有的方式完成其大规模生成工作。但是，如果它偏离了，我们知道其他一些物理机制正在提供帮助，因为仅希格斯一家人并没有做到我们期望的那样。”

再一次，到目前为止，数据表明希格斯犬正在按预期工作。

普列尔说：“我们首次可以排除某些我们以前无法做到的模型或预测。”“要完成这项工作，我们需要更多的数据，更高的能量，因此我们可以更清晰地看到指纹。”

大型强子对撞机将在2015年春季恢复以增加的碰撞能量（13兆电子伏特（TeV）而不是8 TeV）采集的数据。收集的数据集将是当前可用数据的最大150倍，并且可以对正在工作的希格斯进行详细的幕后观察。

大型强子对撞机的ATLAS实验得到了美国能源部科学办公室和美国国家科学基金会的支持。

布鲁克黑文国家实验室是大型强子对撞机ATLAS实验的美国宿主实验室，并在这一国际合作中发挥了多种作用，从建设和项目管理到数据存储，分发和分析，均由美国能源部科学办公室（HEP）资助。

美国能源部科学办公室是美国物理科学基础研究的最大支持者，并且致力于解决当今时代最紧迫的挑战。