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第1100章 山海世界(294)(1 / 1)

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它能够添加更多物理现象,例如,带电荷的希子。

它遵守标准模型的主要理论约束。

低能量超对称模型必须具有这种结构。

双希格斯二重态模型预言五重态标量粒子的存在:两个CP-偶性的中性希子 h、H,一个CP-奇性的中性希子 A,和两个带电荷希子 H、H。不同版本的2HDM与最小标准模型的分辨方法主要建立于它们的耦合常数与希格斯衰变的分支比都不相同。在模型I里,一个二重态能与所有种类的夸克耦合,另一个二重态则不能与任何夸克耦合。在模型II里,一个二重态能与上型夸克(up-type quark)耦合,另一个二重态则与下型夸克(down-type quark)耦合。

超对称模型(SUSY)是标准模型的一种延伸,属于2HDM模型II。在超对称模型中,最小超对称模型(MSSM)的希格斯机制产生的希子数量最少。在最小标准模型里,希子质量基本而言是一个自由参数,只要小于TeV能量尺度就行。在MSSM里,最轻的CP-偶性的中性希子h的质量上限大约为110-135GeV。假若希子质量在125GeV左右,则MSSM的模型参数会被强列约束。

在艺彩理论(teilor theory)里,两个强烈束缚的费米子所形成的粒子对扮演了希格斯场的角色。顶夸克凝聚理论( quark deheory)提出希格斯场被顶夸克与反顶夸克共同组成的复合场替代的概念。有些模型完全不提供希格斯场,电弱对称性破缺是倚赖额外维度来达成。

2012年7月4日以前的探索:最早大规模搜寻希子的实验设施是欧洲核子研究组织的大型正负电子对撞机,它在1990年代开始运作,直到2000年为止,但它并没有找到希子的确切存在证据,这是因为它的专长是精密测量粒子的性质。根据大型正负电子对撞机所收集到的数据,标准模型希子的质量下限被设定为114.4 GeV,置信水平95%。这意味着假若希子存在,则它应该会重于114.4GeV/c。

费米实验室的兆电子伏特加速器继承了先前搜寻希子的任务。1995年,它发现了顶夸克。为了搜寻希子,设施的功能被大大提升,但这并不能保证兆电子伏特加速器会发现希子。在那时期,它是唯一正在运作中的超级对撞机,大型强子对撞机正在建造,超导超大型加速器计划已于1993年取消。历经多年运作,兆电子伏特加速器只能对于更进一步排除希子质量值域做出贡献,由于能量与亮度无法与建成的大型强子对撞机竞争,于2011年9月30日除役。从分析获得的实验数据,兆电子伏特加速器团队排除希子的质量在100-103GeV、147-180GeV以内,置信水平95%。在能量115–140GeV之间区域,超额事件的统计显着性为2.5个标准差,这对应于在550次事件中,有一次事件是归咎于统计涨落。这结果仍旧未能达到5个标准差,因此不能够作定论。

欧洲核子研究组织的大型强子对撞机(LHC)的设计目标之一为能够确认或排除希子的存在。在瑞士日内瓦附近乡村的地底下,圆周为27k的坑道里,两个质子束相撞在一起,最初以3.5TeV每质子束(总共7TeV),大约为兆电子伏特加速器的3.6倍,未来还可提升至2 × 7 TeV(总共14TeV)。根据标准模型,假若希子存在,则这么高能量的碰撞应该能够将它揭露出来。这是史上最复杂的科学设施之一。在开启测试后仅仅九天,由于磁铁与磁铁之间电接连缺陷,发生磁体失超事件,造成50多个超导磁铁被毁坏、真空系统被污染,整个运作被迫延迟了14个月,直到2009年11月才再度重新运作 。

2010年3月,LHC开始紧锣密鼓地进行数据搜集与分析。2011年12月,LHC的两个主要粒子探测器,超环面仪器(ATLAS)和紧凑μ子线圈(CMS)的实验团队,已将希子的可能质量值域缩小至115-130 GeV(ATLAS)与117-127 GeV (CMS)。另外,ATLAS在质量范围125-126GeV探测到超额事件,统计显着性为3.6个标准差,CMS在质量范围124GeV探测到超额事件,统计显着性为2.6个标准差。由于统计显着性并不够大,尚无法做结论或甚至正式当作一个观察事件。但是,两个探测器都独立地在同样质量附近检测出超额事件,这事实使得粒子物理社团极其振奋,期望能够在检验完毕2012年的碰撞数据之后,于明年年底排除或确认标准模型希子的存在。CMS团队发言人吉多·桐乃立(Guido Tonelli)表示:“统计显着性不够大,无法做定论。直到今天为止,我们所看到的与背景涨落或与玻色子存在相符合。更仔细的分析与这精心打造的巨环在2012年所贡献出的更多数据必定会给出一个答案。”

发现新玻色子:2012年6月22日,欧洲核子研究组织发表声明,将要召开专题讨论会与新闻发布会,报告关于寻找希子的最新研究结果。不消一刻,谣言传遍了新闻媒体,记者们与一些物理学者纷纷猜测欧洲核子研究组织是否会正式宣布证实希子存在。

7月4日,欧洲核子研究组织举行专题讨论会与新闻发布会宣布,紧凑μ子线圈发现质量为125.3±0.6GeV的新玻色子,标准差为4.9;超环面仪器发现质量为126.5GeV的新玻色子标准差为4.6。物理学者认为这两个粒子可能就是希子。欧洲核子研究组织的所长说:“从一个外行人的角度来说,我们已经发现希子了;但从一个内行人的角度来说,我们还需要更多的数据。”