早在2012年欧洲核子研究中心的ATLAS和CMS实验发现了希格斯玻色子,但它与其他粒子的耦合仍然是个谜。幸运的是,大型强子对撞机为测量希格斯玻色子耦合提供了许多窗口。产生希格斯玻色子的主要方式有四种:通过两个胶子粒子的融合(胶子融合,或ggF),通过弱矢量玻色子(VBF)的融合,或与W或Z玻色子(VH)或一个或多个顶夸克(ttH+tH)的结合。希格斯玻色子可以衰变的主要通道有五个:光子对、W或Z玻色子、tau轻子或b夸克,新研究发现于2019年5月7日公布。
每一个过程都带来了对希格斯玻色子性质的独特见解,由于大型强子对撞机产生了数量空前的希格斯玻色子,上述所有的产生和衰变模式现在都已被观测到。ATLAS(阿特拉斯)协商会提出了一个新的结果,使用2017年收集的数据,这些过程的每一个测量值都达到了五个标准差的显著性阈值,超过了这个阈值,就认为它们的存在。希格斯玻色子产生和衰变的大多数组合产量已经被测量(见图),并已被发现与标准模型预测一致。假设质子-质子碰撞在13tev时发生衰变,按照标准模型的预测。对每一种生产模式的横截面进行测量,是迄今为止获得最精确的测量。
横截面时间分支部分主要希格斯生产模式在大型强子对撞机(ggF VBF, VH和t + tH)在每一个相关的衰变模式(WW,γγZZ,ττ,bb)。所有值都标准化为标准模型预测。此外,还显示了每个生产截面的综合结果,假设分支比为每个衰减模式的标准模型值。图片:ATLAS Collaboration/CERN
物理学家也开始以一种新的方式探索希格斯玻色子之谜,在最新的分析中,阿特拉斯物理学家们没有把希格斯玻色子包含在主要的产生和衰变模式中,而是分别测量了相空间较小区域的希格斯玻色子拓扑结构:希格斯玻色子横向动量的不同范围、伴生喷流的数量、伴生弱玻色子和顶夸克的数量和运动特性。使用这些被称为“简化模板截面”(STXS)的小拼图,物理学家可以更好地将测量过程从理论性质的解释中分离出来。最后,它提供了在大型强子对撞机上希格斯玻色子耦合的更细粒度图像,并对标准模型进行了更严格的测试。
在分析中考虑的STXS区域中,有些区域已经在LHC上进行了较高精度的测量,但到目前为止没有发现与标准模型的偏离。这些测量结果使物理学家进一步提高了对希格斯玻色子与其他基本粒子耦合特性的灵敏度。此外,还对新的物理理论设置了约束,比如引入更多希格斯玻色子的“双希格斯双重态模型”,以及hMSSM超对称模型,这些理论比阿特拉斯之前报道的更为严格。随着更多来自Run 2和Run 2之后的数据的加入,这些测量数据将继续得到改善,从而为希格斯玻色子性质提供一幅更加精细的图像。