CMS合作着眼于希格斯玻色子的一生

　　一个希格斯玻色子候选者转化为四个μ子(红线)。来源:欧洲核子研究中心
　　希格斯玻色子不会停留太久。一旦它在粒子碰撞中产生，这个著名的粒子的寿命仅仅不到十亿分之一秒，或者更精确地说，1.6 x 10-22秒。根据理论，也就是说，到目前为止，实验只能设定粒子寿命值的界限，或以很大的不确定性来确定这一性质。直到现在。在一项新的研究中，CMS合作报告了粒子寿命的一个值，该值有一个足够小的不确定性，以确认希格斯玻色子的寿命确实很短。
　　测量希格斯玻色子的一生在粒子物理学家的愿望清单,因为一个实验值的一生不仅会让他们更好地理解粒子的性质,还找出是否值匹配值预测的粒子物理学的标准模型。与预测的偏差可能指向模型没有预测到的新粒子或力，包括希格斯玻色子将衰变的新粒子。
　　但要测量希格斯玻色子的寿命并不容易。首先，预测的寿命太短，无法直接测量。一种可能的解决方案是测量一种相关的性质，称为质量宽度，它与粒子的寿命成反比，表示粒子的名义质量为125 GeV附近的可能质量的小范围。但这也不容易，因为预测的希格斯玻色子的质量宽度太小，不容易通过实验测量。
　　量子物理学来拯救我们。除了质量等于或接近其名义值之外，像希格斯玻色子这样的短命粒子也可以产生比其名义值大得多的质量，尽管这种情况发生的几率更低。这种效应——以及粒子的质量宽度——是一种被称为海森堡不确定性原理的量子怪癖的表现，是对这些大质量或＂非壳层＂希格斯玻色子的生产速率与标称或接近标称或＂壳层上＂希格斯玻色子的生产速率的比较。希格斯玻色子可以用来提取希格斯玻色子的质量宽度，因此它的寿命。
　　这是CMS团队在他们的新研究中采用的方法。通过分析大型强子对撞机(LHC)第二次运行时CMS实验收集到的数据，特别是关于希格斯玻色子转化为两个Z玻色子的数据，这些Z玻色子本身转化为四个带电轻子或两个带电轻子加两个中微子，CMS的研究人员首次获得了壳外希格斯玻色子产生的证据。从这个结果中，只有1 / 1000的概率是统计上的侥幸，CMS团队得到了希格斯玻色子的寿命为2.1 x 10-22秒，上下不确定度为(+2.3/-0.9)x 10-22秒。这个值是迄今为止最精确的，与标准模型的预测吻合得很好，并证实了粒子的寿命确实很短。
　　＂我们的结果表明，在壳外产生的希格斯玻色子提供了一种测量希格斯玻色子寿命的极好方法，＂CMS的物理学家帕斯卡尔·凡莱尔说。＂这在研究这种独特粒子的特性方面树立了一个里程碑。随着下一次大型强子对撞机运行的数据和新的分析思路的出现，测量的精度有望在未来几年得到提高。＂