欧洲核子研究中心 由ATLAS(左)和CMS(右)记录的碰撞事件，用于寻找罕见的希格斯玻色子转换
信用:欧洲核子研究中心 ATLAS和CMS的合作展示了他们在欧洲粒子物理研究所大型强子对撞机上探测希格斯玻色子的新特征的最新结果
其中包括寻找希格斯玻色子罕见的转变为Z玻色子——它是自然界基本力量之一的载体——和第二个粒子
观察和研究被预测为罕见的转变有助于推进我们对粒子物理的理解，如果观察结果与预测不同，也可能为新物理学指明方向
研究结果还包括寻找希格斯粒子转化为“不可见”粒子的迹象，这种粒子可以照亮潜在的暗物质粒子
这些分析涉及到2015年至2018年间记录的近140个反向飞秒数据，或约1000亿个质子-质子碰撞
ATLAS和CMS探测器永远无法直接看到希格斯玻色子:一种短暂的粒子，它在质子-质子碰撞中产生后几乎立即转化(或“衰变”)为较轻的粒子，较轻的粒子在探测器中留下了信号
然而，类似的签名可以由其他标准模型过程产生
因此，科学家们必须首先确定与这一特征相匹配的单个碎片，然后建立足够的统计证据来证实碰撞确实产生了希格斯玻色子
当希格斯玻色子在2012年被发现时，人们主要是在转换成成对的Z玻色子和光子对的过程中观察到它的
这些所谓的“衰变通道”具有相对清晰的特征，使得它们更容易被探测到，并且它们已经在LHC被观测到
预计其他转换很少发生，或者信号不太清晰，因此很难发现
在LHCP，阿特拉斯展示了他们对希格斯玻色子转变为Z玻色子和光子(γ)这一罕见过程的最新研究结果
这样产生的Z本身是不稳定的，它转变成一对轻子，或者是电子，或者是μ子，在探测器中留下两个轻子和一个光子的信号
鉴于在分析数据量的情况下观察到希格斯变换为Zγ的概率很低，阿特拉斯能够排除大于0
在LHC产生的希格斯玻色子的55%会转变成γ
“通过这一分析，”阿特拉斯合作的发言人卡尔·雅各布斯说，“我们可以表明，我们对这一信号的实验敏感性现在已经接近标准模型的预测
“提取的最佳信号强度值(定义为观察到的信号强度与预测的标准模型信号强度之比)为2
0+1
0−0
九
CMS展示了希格斯变换第一次搜索的结果，希格斯变换也涉及一个Z玻色子，但伴随着一个ρ(ρ)或φ(φ)介子
Z玻色子再次转变成轻子对，而第二个粒子在ρ的情况下转变成π介子对(πⅰ)，在φ的情况下转变成kaons对(KK)
“这些转变是极其罕见的，”合作研究中心的发言人罗伯托·卡林说，“除非涉及到标准模型以外的物理学，否则预计不会在LHC观测到。”
“经过分析的数据允许内容管理系统排除超过大约1
9%的希格斯玻色子可以转化为ρ和大于0
6%可以转化为Zφ
虽然这些限制比标准模型的预测要大得多，但它们证明了探测器在标准模型之外的物理学研究中取得进展的能力
所谓的“暗区”包括可能构成暗物质的假设粒子，暗物质是一种神秘元素，其质量是宇宙中普通物质的五倍以上
科学家们认为希格斯玻色子可能包含暗物质粒子性质的线索，因为标准模型的一些扩展提出希格斯玻色子可以转化为暗物质粒子
这些粒子不会与阿特拉斯和中央监控系统探测器相互作用，这意味着它们对它们来说仍然是“不可见的”
这将允许它们逃避直接探测，并在碰撞事件中表现为“丢失能量”
在LHCP，ATLAS给出了希格斯玻色子转化为不可见粒子的概率的最新上限——13%，这种不可见粒子被称为弱相互作用的大质量粒子，而CMS给出了对希格斯粒子通过至少一个中间“暗光子”转化为四个轻子的新研究结果，也给出了在LHC发生这种转化的概率限制
希格斯玻色子在帮助科学家测试粒子物理标准模型和寻找可能超越的物理方面继续被证明是非常宝贵的
这些只是在LHCP提出的许多关于希格斯玻色子的结果中的一部分
技术说明 当数据量不足以对某一特定过程进行明确观察时，物理学家可以预测他们期望对该过程施加的限制
在希格斯变换的情况下，这些限制是基于两个项的乘积:在质子-质子碰撞中希格斯玻色子产生的速率(产生截面)和它将经历特定变换为更轻粒子的速率(分支分数)
阿特拉斯系统预计设定上限为1
7倍于标准模型对希格斯变换为Z玻色子和光子(H→Zγ)过程的预期，如果这种变换不存在的话；协作能够设置3的上限
6倍，接近标准模型预测的灵敏度
内容管理系统搜索的是一个更罕见的过程，标准模型预测每百万次希格斯变换中只发生一次，合作能够为H→ρ和H→φ过程设定大约1000倍于标准模型预期的上限
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