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第1099章 山海世界(293)(1 / 1)

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理论而言,希子的质量或许可以间接估计。在标准模型里,希子会造成一些间接效应。最值得注意的是,希格斯回路会造成W玻色子质量和Z玻色子质量的小额度修正。通过整体拟合从各个对撞机获得的精密电弱数据。

希子可能会与前面提到的标准模型粒子相互作用,但也可能会与诡秘的大质量弱相互作用粒子相互作用,形成暗物质,这在近期天文物理学研究领域里,是很重要的论题。

希子制备:粒子对撞机尝试通过碰撞两束高能量粒子的方式来制备希子。实际物理反应依使用的粒子与碰撞能量而定。最常发生的反应为

胶子融合:胶子是负责传递强相互作用的玻色子。它们把重子内部的夸克捆绑在一起。假若碰撞粒子为重子,例如,在兆电子伏特加速器里的质子与反质子,或在大型强子对撞机里的质子,则最有可能发生两个胶子(g )碰撞在一起。制备希子最简单的方法就是两个胶子碰撞后,经过虚夸克圈而形成希子。由于希子与粒子的耦合跟粒子的质量成正比,粒子质量越大,聚变反应越容易发生。实际而言,只需要考虑虚顶夸克(t)与虚底夸克(b)的贡献,它们是质量最大的两种夸克。在兆电子伏特加速器、大型强子对撞机里,这是主要反应,比任何其它反应的发生次数多十倍以上。

希子轫致辐射:假若基本费米子(f)与其反费米子相碰撞,例如夸克与反夸克相碰撞,或电子与正电子相碰撞,则会形成一个虚W玻色子或虚Z玻色子,假若带有足够能量,则可能会发射出希子。在大型正负电子对撞机里,这是主要反应,电子与正电子相碰撞形成虚Z玻色子。在兆电子伏特加速器里,这是第二主要反应。在大型强子对撞机里,这是第三主要反应,因为是两束质子相碰撞,与兆电子伏特加速器相比,大型强子对撞机比较不容易制备夸克与反夸克相碰撞。

矢量玻色子融合:两个夸克分别发射一个W玻色子或Z玻色子,然后以W+W-或 ZZ 方式合并形成一个中性希子。在大型正负电子对撞机、大型强子对撞机里,这是第二主要反应。例如,上夸克与下夸克分别发射W+与W-,然后以W+W-方式合并形成一个中性希子。

顶夸克融合:两个胶子(g)分别衰变为两个顶夸克(t)反顶夸克粒子对,然后 t与反顶夸克粒子对合并形成一个中性希子。这反应的发生次数很少(低过两个数量级)。

希子衰变:标准模型所预测的希子衰变宽度与质量有关。标准模型所预测的希子的几种不同衰变模式的分支比与质量有关。

在量子力学里,假若粒子有可能衰变成一组质量较轻的粒子,则这粒子必会如此衰变。衰变发生的概率与几种因素有关:质量差值、耦合强度等等。标准模型已将大多数这些因素设定,希子质量是一个例外。假设希子质量为126GeV,则标准模型预测平均寿命(an lifeti)大约为1.56x10-22秒。

由于希子会与每一种“已知”带质量基本粒子相互作用,希子有很多种不同的衰变道。每种衰变道都有其发生的概率,称为分支比(brang ratio),定义为这种衰变道发生的次数除以总次数。展示出,标准模型预测的几种不同衰变模式的分支比与质量之间的关系。

在这几种希子衰变道之中,有一种衰变道是分裂为费米子反费米子对。对于希子衰变,产物质量越大,则耦合强度越大(呈线性或平方关系)。因此,希子比较可能衰变为较重的费米子,希子应该最常衰变为顶夸克反顶夸克对。但是,这种衰变必须遵守运动学约束,即希子质量必须大于346GeV,顶夸克质量的两倍。假设希子质量为126GeV,则标准模型预测最常发生的衰变为底夸克反底夸克对,概率为56.1%。第二常发生的衰变是τ子反τ子对,概率为6%。

希子也有可能分裂为一对带质量规范玻色子。对于这模式,希子最有可能衰变为一对W玻色子,假设希子质量为126GeV,则概率为23.1%。在这之后,W玻色子可以衰变为夸克与反夸克,或者,衰变为轻子与中微子。这最后一种模式不能被重建,因为无法探测到中微子。希子衰变为一对Z玻色子会给出较干净的讯号,若果Z玻色子会继续衰变为易探测的带电荷轻子反轻子对(电子或μ子)。假设希子质量为126GeV,则概率为2.9%。

希子还可能衰变为零质量胶子,但是中间需要经过夸克圈。对于这模式,最常会经过顶夸克圈,因为顶夸克最重,也因为如此,虽然这是个单圈图(one-loop diagra),而不是树图(tree-level diagra),它发生的衰变概率仍旧可观,不容忽略。假设希子质量为126GeV,则概率为8.5%。

比较稀有的是希子衰变为零质量光子,概率为0.2%,这过程中间需要经过费米子圈或W玻色子圈。由于光子的能量与动量可以非常准确地测量,衰变粒子的质量可以准确重建出来。所以,在探索低质量希子的实验中,这过程非常重要。

另类模型:所有应用希格斯机制来解释质量问题的模型中,最小标准模型只设定了一个复值二重态希格斯场,是最简单的标准模型。其它模型的希格斯场可能会被延伸成具有更多二重态或三重态。双希格斯二重态模型(o-Higgs-doublet odels, 2HDM)设定了两个复值二重态希格斯场,是在所有其它种模型中比较受到认可的模型,主要原因为在所有其它种模型中,它是最小、最简单的模型。