「上帝粒子」希格斯玻色子常见衰变终于被捕获，有什么重要意义？
近期的物理学界无疑掀起了一场轩然大波——那个曾被誉为“上帝粒子”的希格斯玻色子，终于在无数次“擦肩而过”后，其罕见的衰变模式被科学家们成功捕获。这一里程碑式的发现，不仅是人类探索微观世界奥秘的又一次重大胜利，更可能为我们揭示宇宙最深层次的运作机制打开一扇新的大门。
为何希格斯玻色子的衰变如此重要？
简单来说，希格斯玻色子之所以被称为“上帝粒子”，是因为它扮演着赋予其他基本粒子质量的关键角色。在大爆炸初期，宇宙一片混沌，粒子们没有质量，如同幽灵般在空间中穿梭。是希格斯场，以及与之相关的希格斯玻色子，才让这些基本粒子获得了质量，从而能够聚集形成原子、分子，最终构成了我们所见的一切物质世界。没有希格斯玻色子，宇宙将一片荒芜，没有恒星，没有行星，更不会有生命的存在。
然而，希格斯玻色子的“脾气”可不小。它是一个非常不稳定的粒子，一旦产生，就会在极短的时间内衰变成其他更小的粒子。我们之所以能够在粒子加速器中“制造”出希格斯玻色子，正是因为我们能够探测到它衰变后留下的“痕迹”，也就是那些衰变产物。
目前为止，科学家们已经非常清楚地观测到了希格斯玻色子衰变成几种特定的粒子，比如两个光子（γγ）、两个Z玻色子（ZZ）或两个W玻色子（WW）。这些“常见”的衰变模式为我们理解希格斯玻色子的性质提供了坚实的基础，也验证了标准模型的预言。
捕获“罕见”衰变，解锁宇宙新密码
这次被捕获的，是希格斯玻色子更为罕见，也更具挑战性的衰变模式。尽管它们在理论上是可能的，但在粒子对撞机中产生的海量事件里，这些罕见衰变就像大海捞针一样难以寻觅。每一个成功捕获的罕见衰变事件，都凝聚了科学家们无数的心血和尖端的技术。
那么，捕获这些罕见的衰变模式究竟有多么重要呢？
1. 更精确地验证标准模型： 希格斯玻色子的所有衰变模式都包含在粒子物理学的“标准模型”中。通过精确测量各种衰变模式的概率，科学家们可以对标准模型进行更细致、更全面的检验。如果实验结果与模型预测存在偏差，那将是标准模型之外新物理存在的有力证据，足以颠覆我们现有的宇宙观。
2. 揭示希格斯玻色子与物质世界的深层联系： 希格斯玻色子与质量的产生紧密相关，而质量是物质世界存在的基础。罕见的衰变模式可能揭示希格斯玻色子与一些我们尚未完全理解的粒子之间的相互作用，例如中微子，或者一些尚未被发现的基本粒子。对这些罕见衰变的深入研究，有助于我们更全面地理解希格斯玻色子在宇宙质量起源中所扮演的独特而复杂的角色。
3. 探索新物理存在的窗口： 物理学家们普遍认为，标准模型并非一个完整的理论，它未能解释暗物质、暗能量、引力以及粒子质量的起源等重大问题。一些理论预测，希格斯玻色子可能不仅仅只与已知粒子发生衰变，它还可能以极其微小的概率衰变成我们尚未发现的粒子。捕获这些罕见的衰变，就像在漆黑的房间里打开一扇微小的窗户，可能窥探到隐藏在标准模型之外的全新物理图景，例如超对称粒子、额外维度等。
4. 对宇宙起源和演化的洞察： 希格斯玻色子在大爆炸初期的作用至关重要。通过研究它的各种衰变模式，我们或许能更精确地模拟早期宇宙的演化过程，了解宇宙从无到有，物质如何逐步形成的。
未来的挑战与展望
虽然取得了这一激动人心的进展，但科学家们并没有止步于此。未来的研究将继续聚焦于：
提高测量精度： 进一步收集数据，提高对罕见衰变模式测量精度，以探测理论上的微小偏差。
寻找更多罕见衰变： 探索更多尚未被观测到的希格斯玻色子衰变模式。
与其他实验的协同： 将这些发现与暗物质探测、引力波探测等其他前沿实验的发现相结合，构建更完整的宇宙图景。
总而言之，希格斯玻色子罕见衰变踪迹的成功捕获，并非仅仅是一个技术上的突破，它更像是为我们开启了一扇通往更深层宇宙奥秘的宝贵窗口。每一次新的观测数据，每一次对理论的更精确检验，都让我们离理解这个宇宙最根本的构成原理更近一步。科学的探索永无止境，而这一次，我们又一次站在了令人兴奋的黎明之前。
网友意见
2012年发现希格斯粒子只是万里长征第一步，希格斯粒子背后还有一大片有待探索的区域，人们希望能找到希格斯粒子的所有衰变。这次发现的意义在于再一次证明了标准模型的巨大成功，希格斯粒子最主要的衰变过程终于被发现了，科学家们持续不断的探索终于获得回报。
希格斯粒子于2012年被欧洲核子中心的大型强子对撞机LHC找到，它是最后一个被实验发现的基本粒子。希格斯粒子通过与其他粒子发生耦合可以赋予其他粒子质量，被认为是“质量之源”，也被称为“上帝粒子”。
粒子物理的标准模型理论包含了一系列基本粒子，包括三代夸克、三代轻子、传递相互作用的矢量玻色子，和唯一的0自旋标量玻色子——希格斯粒子。根据标准模型，我们周围的普通物质都是由上图中的基本粒子构成的。一对正反夸克组成介子，三个夸克可以组成重子（例如中子和质子属于重子，都是由三个夸克组成的），质子和中子可以组成原子核，原子核加上电子就构成了原子，原子和原子组成分子，分子和原子就可以构成我们周围的各种物质啦。
作为赋予其他粒子质量的“上帝粒子”，希格斯粒子的重要性不言而喻。希格斯粒子不稳定，它会衰变为其他粒子。科学家通过研究希格斯粒子衰变出来的产物，可以倒推出希格斯粒子本身的性质，在2012年，人们才最终通过研究双光子产物（以及其他轻子对产物）发现了希格斯粒子。英国物理学家希格斯本人，也因为提出由自己名字命名的理论“希格斯机制”而获得2013年的诺贝尔物理学奖。
当年(2012)人们是在双光子产物（以及其他轻子对产物）中发现的希格斯粒子，在发现希格斯粒子之后，为了进一步研究它的性质，科学家需要测量希格斯粒子的各种衰变。正如新华社在报道里所说，标准模型预言希格斯粒子应该大部分衰变到底夸克对，这一衰变占到希格斯粒子衰变的60%，也就是说这个衰变应该很“常见”。然而为啥直到六年(2018)后，人们才宣布发现了希格斯粒子的底夸克对衰变呢？
因为这个衰变过程的本底实在是太复杂了，科学家需要从海量巨量大量的数据中挑选出极少数的信号。如果说2012年那个少年要在一个容纳1000个人的学校礼堂里找女同桌，那2018年他大概要在一个容纳30000个人的演唱会现场找自己的女朋友。2012年轻子对衰变的过程本底也是不少，2018年这个底夸克对过程的本底要多得多得多啦。大型强子对撞机上质子对撞的过程中，可以产生底夸克对的过程实在是太多了，科学家要从海量数据中分辨出哪些底夸克是来自于希格斯粒子的衰变，这个发现最难的地方就在于此，把极少数的信号从大量的本底中分离出来。
欧洲核子中心的科学家们一直在收集实验数据，直到如今他们终于积累了足够多的数据，使希格斯粒子在底夸克对衰变的信号达到了5倍标准差，终于可以宣布这是一个发现"observation"，要知道高能物理的文章想用observation做标题，信号的显著性必须达到5倍标准差以上。这个发现至关重要，因为我们可以用它来检验标准模型，或者发现新的物理。今天欧洲核子中心的发现告诉我们，这一衰变过程的测量结果跟标准模型的预测一致。
这个发现是探索希格斯粒子过程中的里程碑性事件，截止目前，LHC现已观测到希格斯粒子与三代重夸克、轻子等主要衰变模式的耦合。随着实验数据的积累，当LHC获得更大的统计样本时，人类就有机会得到更为精确的测量结果，同时搜寻那些更难探测的物理过程。把这些最新的实验结果与标准模型的理论预言相比较，可以检验理论是否正确，寻找超出标准模型预言的新物理现象。
【完】
- CMS合作组的论文：[1808.08242] Observation of Higgs boson decay to bottom quarks
- ATLAS合作组的论文：[1808.08238] Observation of $H ightarrow bar{b}$ decays and $VH$ production with the ATLAS detector
- 不要被他们论文的总页数欺骗了，其实文章的后面十几页全都是作者和单位名称。
- 据说，LHC的研究在本次发现中使用了机器学习，细节参见本问题下@小透明的答案。
- 大型强子对撞机(LHC)的一个缺点是物理过程的本底复杂，很“脏”，欧洲核子中心有计划搞一个升级版的正负电子对撞机，获得更“干净”的数据用于精确测量希格斯粒子。欧洲的计划是中国环形正负电子对撞机(CEPC)计划的强有力竞争者。
- 二十世纪60年代实验物理学家发现了大量新粒子，那时候的理论物理学家既头疼又兴奋，为了解释这些新粒子，人们逐步建立了粒子物理的标准模型。随后标准模型做出了一系列理论预言，实验跟进检验，粒子物理学就是在“实验-理论-实验”的交替过程中发展起来的。如今实验也发现了一些超出标准模型的新物理现象，比如中微子振荡、暗物质和暗能量。
- 问希格斯粒子有什么用的，请你转到这个问题：如果证实了希格斯玻色子，能有哪些实际的用途？
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