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第1100章 山海世界(294)

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它能夠新增更多物理現象,例如,帶電荷的希子。

它遵守標準模型的主要理論約束。

低能量超對稱模型必須具有這種結構。

雙希格斯二重態模型預言五重態標量粒子的存在:兩個cp-偶性的中性希子 h、h,一個cp-奇性的中性希子 a,和兩個帶電荷希子 h、h。不同版本的2hdm與最小標準模型的分辨方法主要建立於它們的耦合常數與希格斯衰變的分支比都不相同。在模型i裏,一個二重態能與所有種類的誇克耦合,另一個二重態則不能與任何誇克耦合。在模型ii裏,一個二重態能與上型誇克(up-type quark)耦合,另一個二重態則與下型誇克(down-type quark)耦合。

超對稱模型(susy)是標準模型的一種延伸,屬於2hdm模型ii。在超對稱模型中,最小超對稱模型(mssm)的希格斯機製產生的希子數量最少。在最小標準模型裏,希子質量基本而言是一個自由引數,隻要小於tev能量尺度就行。在mssm裏,最輕的cp-偶性的中性希子h的質量上限大約為110-135gev。假若希子質量在125gev左右,則mssm的模型引數會被強列約束。

在藝彩理論(technicolor theory)裏,兩個強烈束縛的費米子所形成的粒子對扮演了希格斯場的角色。頂誇克凝聚理論(top quark condensate theory)提出希格斯場被頂誇克與反頂誇克共同組成的複合場替代的概念。有些模型完全不提供希格斯場,電弱對稱性破缺是倚賴額外維度來達成。

2012年7月4日以前的探索:最早大規模搜尋希子的實驗設施是歐洲核子研究組織的大型正負電子對撞機,它在1990年代開始運作,直到2000年為止,但它並沒有找到希子的確切存在證據,這是因為它的專長是精密測量粒子的性質。根據大型正負電子對撞機所收集到的資料,標準模型希子的質量下限被設定為114.4 gev,置信水平95%。這意味著假若希子存在,則它應該會重於114.4gev/c。

費米實驗室的兆電子伏特加速器繼承了先前搜尋希子的任務。1995年,它發現了頂誇克。為了搜尋希子,設施的功能被大大提升,但這並不能保證兆電子伏特加速器會發現希子。在那時期,它是唯一正在運作中的超級對撞機,大型強子對撞機正在建造,超導超大型加速器計劃已於1993年取消。曆經多年運作,兆電子伏特加速器隻能對於更進一步排除希子質量值域做出貢獻,由於能量與亮度無法與建成的大型強子對撞機競爭,於2011年9月30日除役。從分析獲得的實驗資料,兆電子伏特加速器團隊排除希子的質量在100-103gev、147-180gev以內,置信水平95%。在能量115–140gev之間區域,超額事件的統計顯著性為2.5個標準差,這對應於在550次事件中,有一次事件是歸咎於統計漲落。這結果仍舊未能達到5個標準差,因此不能夠作定論。

歐洲核子研究組織的大型強子對撞機(lhc)的設計目標之一為能夠確認或排除希子的存在。在瑞士日內瓦附近鄉村的地底下,圓周為27km的坑道裏,兩個質子束相撞在一起,最初以3.5tev每質子束(總共7tev),大約為兆電子伏特加速器的3.6倍,未來還可提升至2 x 7 tev(總共14tev)。根據標準模型,假若希子存在,則這麽高能量的碰撞應該能夠將它揭露出來。這是史上最複雜的科學設施之一。在開啟測試後僅僅九天,由於磁鐵與磁鐵之間電接連缺陷,發生磁體失超事件,造成50多個超導磁鐵被毀壞、真空係統被汙染,整個運作被迫延遲了14個月,直到2009年11月纔再度重新運作 。

2010年3月,lhc開始緊鑼密鼓地進行資料蒐集與分析。2011年12月,lhc的兩個主要粒子探測器,超環麵儀器(as)和緊湊μ子線圈(cms)的實驗團隊,已將希子的可能質量值域縮小至115-130 gev(as)與117-127 gev (cms)。另外,as在質量範圍125-126gev探測到超額事件,統計顯著性為3.6個標準差,cms在質量範圍124gev探測到超額事件,統計顯著性為2.6個標準差。由於統計顯著性並不夠大,尚無法做結論或甚至正式當作一個觀察事件。但是,兩個探測器都獨立地在同樣質量附近檢測出超額事件,這事實使得粒子物理社團極其振奮,期望能夠在檢驗完畢2012年的碰撞資料之後,於明年年底排除或確認標準模型希子的存在。cms團隊發言人吉多·桐乃立(guido tonelli)表示:“統計顯著性不夠大,無法做定論。直到今天為止,我們所看到的與背景漲落或與玻色子存在相符合。更仔細的分析與這精心打造的巨環在2012年所貢獻出的更多資料必定會給出一個答案。”

發現新玻色子:2012年6月22日,歐洲核子研究組織發表宣告,將要召開專題討論會與新聞發布會,報告關於尋找希子的最新研究結果。不消一刻,謠言傳遍了新聞媒體,記者們與一些物理學者紛紛猜測歐洲核子研究組織是否會正式宣佈證實希子存在。

7月4日,歐洲核子研究組織舉行專題討論會與新聞發布會宣佈,緊湊μ子線圈發現質量為125.3±0.6gev的新玻色子,標準差為4.9;超環麵儀器發現質量為126.5gev的新玻色子標準差為4.6。物理學者認為這兩個粒子可能就是希子。歐洲核子研究組織的所長說:“從一個外行人的角度來說,我們已經發現希子了;但從一個內行人的角度來說,我們還需要更多的資料。”

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