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第1099章 山海世界(293)

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理論而言,希子的質量或許可以間接估計。在標準模型裏,希子會造成一些間接效應。最值得注意的是,希格斯迴路會造成w玻色子質量和z玻色子質量的小額度修正。通過整體擬合從各個對撞機獲得的精密電弱資料。

希子可能會與前麵提到的標準模型粒子相互作用,但也可能會與詭秘的大質量弱相互作用粒子相互作用,形成暗物質,這在近期天文物理學研究領域裏,是很重要的論題。

希子製備:粒子對撞機嚐試通過碰撞兩束高能量粒子的方式來製備希子。實際物理反應依使用的粒子與碰撞能量而定。最常發生的反應為

膠子融合:膠子是負責傳遞強相互作用的玻色子。它們把重子內部的誇克捆綁在一起。假若碰撞粒子為重子,例如,在兆電子伏特加速器裏的質子與反質子,或在大型強子對撞機裏的質子,則最有可能發生兩個膠子(g )碰撞在一起。製備希子最簡單的方法就是兩個膠子碰撞後,經過虛誇克圈而形成希子。由於希子與粒子的耦合跟粒子的質量成正比,粒子質量越大,聚變反應越容易發生。實際而言,隻需要考慮虛頂誇克(t)與虛底誇克(b)的貢獻,它們是質量最大的兩種誇克。在兆電子伏特加速器、大型強子對撞機裏,這是主要反應,比任何其它反應的發生次數多十倍以上。

希子軔致輻射:假若基本費米子(f)與其反費米子相碰撞,例如誇克與反誇克相碰撞,或電子與正電子相碰撞,則會形成一個虛w玻色子或虛z玻色子,假若帶有足夠能量,則可能會發射出希子。在大型正負電子對撞機裏,這是主要反應,電子與正電子相碰撞形成虛z玻色子。在兆電子伏特加速器裏,這是第二主要反應。在大型強子對撞機裏,這是第三主要反應,因為是兩束質子相碰撞,與兆電子伏特加速器相比,大型強子對撞機比較不容易製備誇克與反誇克相碰撞。

向量玻色子融合:兩個誇克分別發射一個w玻色子或z玻色子,然後以w w-或 zz 方式合並形成一個中性希子。在大型正負電子對撞機、大型強子對撞機裏,這是第二主要反應。例如,上誇克與下誇克分別發射w 與w-,然後以w w-方式合並形成一個中性希子。

頂誇克融合:兩個膠子(g)分別衰變為兩個頂誇克(t)反頂誇克粒子對,然後 t與反頂誇克粒子對合並形成一個中性希子。這反應的發生次數很少(低過兩個數量級)。

希子衰變:標準模型所預測的希子衰變寬度與質量有關。標準模型所預測的希子的幾種不同衰變模式的分支比與質量有關。

在量子力學裏,假若粒子有可能衰變成一組質量較輕的粒子,則這粒子必會如此衰變。衰變發生的概率與幾種因素有關:質量差值、耦合強度等等。標準模型已將大多數這些因素設定,希子質量是一個例外。假設希子質量為126gev,則標準模型預測平均壽命(mean lifetime)大約為1.56x10-22秒。

由於希子會與每一種“已知”帶質量基本粒子相互作用,希子有很多種不同的衰變道。每種衰變道都有其發生的概率,稱為分支比(branching ratio),定義為這種衰變道發生的次數除以總次數。展示出,標準模型預測的幾種不同衰變模式的分支比與質量之間的關係。

在這幾種希子衰變道之中,有一種衰變道是分裂為費米子反費米子對。對於希子衰變,產物質量越大,則耦合強度越大(呈線性或平方關係)。因此,希子比較可能衰變為較重的費米子,希子應該最常衰變為頂誇克反頂誇克對。但是,這種衰變必須遵守運動學約束,即希子質量必須大於346gev,頂誇克質量的兩倍。假設希子質量為126gev,則標準模型預測最常發生的衰變為底誇克反底誇克對,概率為56.1%。第二常發生的衰變是t子反t子對,概率為6%。

希子也有可能分裂為一對帶質量規範玻色子。對於這模式,希子最有可能衰變為一對w玻色子,假設希子質量為126gev,則概率為23.1%。在這之後,w玻色子可以衰變為誇克與反誇克,或者,衰變為輕子與中微子。這最後一種模式不能被重建,因為無法探測到中微子。希子衰變為一對z玻色子會給出較幹淨的訊號,若果z玻色子會繼續衰變為易探測的帶電荷輕子反輕子對(電子或μ子)。假設希子質量為126gev,則概率為2.9%。

希子還可能衰變為零質量膠子,但是中間需要經過誇克圈。對於這模式,最常會經過頂誇克圈,因為頂誇克最重,也因為如此,雖然這是個單圈圖(one-loop diagram),而不是樹圖(tree-level diagram),它發生的衰變概率仍舊可觀,不容忽略。假設希子質量為126gev,則概率為8.5%。

比較稀有的是希子衰變為零質量光子,概率為0.2%,這過程中間需要經過費米子圈或w玻色子圈。由於光子的能量與動量可以非常準確地測量,衰變粒子的質量可以準確重建出來。所以,在探索低質量希子的實驗中,這過程非常重要。

另類模型:所有應用希格斯機製來解釋質量問題的模型中,最小標準模型隻設定了一個複值二重態希格斯場,是最簡單的標準模型。其它模型的希格斯場可能會被延伸成具有更多二重態或三重態。雙希格斯二重態模型(two-higgs-doublet models, 2hdm)設定了兩個複值二重態希格斯場,是在所有其它種模型中比較受到認可的模型,主要原因為在所有其它種模型中,它是最小、最簡單的模型。

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