希格斯玻色子仍有五大未解之谜

2012年7月4日，欧洲粒子物理研究所的物理学家宣布，他们发现了被追逐了48年的希格斯玻色子，填补了粒子物理学标准模型的最后一个空白，打开了物理学的新窗口。科学家认为，正是这种“神秘粒子”赋予了其他粒子质量。

自“出现”以来，希格斯玻色子吸引了无数科学家研究它的特性。到目前为止，参与世界上最大的粒子加速器——大型强子对撞机(LHC)实验的科学家已经发表了近350篇相关论文。目前科学家知道希格斯玻色子的质量为1250亿电子伏特，自旋为零，与其他粒子相互作用。尽管如此，关于这个粒子仍有许多未解之谜。

在希格斯玻色子发现十周年之际，英国杂志《自然》的网站报道了科学家希望揭示的关于这种粒子的五个秘密。

能不能测得更准？

到目前为止，希格斯玻色子的性质，比如它的相互作用强度，基本上与标准模型的预测相匹配，不确定度在10%左右。德国电子同步辐射加速器(DESY)的粒子物理学家芙蕾雅布莱克曼说，这不足以将标准模型与一些新的物理理论区分开来。

更多的数据将提高这些测量的准确性。目前，LHC只收集了预期信息的1/20。阿根廷圣马丁国立大学理论物理学家丹尼尔德福里安(Daniel Deflorian)表示，在更精确的研究中，看到新物理现象的“线索”比直接观察新粒子更有可能。“在未来十年甚至更长的时间里，我们的主要工作是提高测量希格斯玻色子性质的精度”。

它与较轻的粒子相互作用吗？

希格斯玻色子的相互作用似乎符合标准模型，但物理学家看到它只衰变到最重的物质粒子，比如底夸克。

物理学家现在想弄清楚它是否会以同样的方式与来自较轻家族的粒子相互作用。2020年，在LHC上运行的两个实验——环形仪器实验(ATLAS)和致密子木线环(CMS)看到了这样的相互作用：希格斯玻色子很少衰变为双子木。子是宇宙中的基本粒子，大约是电子质量的200倍。电子被列为第一代粒子，而子木是第二代粒子。

希格斯粒子衰变为双子是一种罕见的现象。大约每5000个希格斯粒子中就有一个衰变为双子。这是实验室首次看到希格斯粒子与第二代粒子的相互作用，对于理解物质的基本相互作用具有重要意义。然而，需要更多的数据来证实希格斯玻色子和更轻的粒子之间的相互作用。

有没有自我互动？

希格斯玻色子有质量，所以它应该与自己相互作用，这就是它赋予自己质量的方式。

然而，这种相互作用，如一个高能希格斯玻色子衰变为两个低能希格斯玻色子，是极其罕见的，因为所有涉及的粒子都是重的。

研究人员表示，希格斯玻色子与自身相互作用的可能性对于理解宇宙至关重要。自作用的概率取决于希格斯场的势能在最小值附近如何变化，这描述了大爆炸后的情况。因此，了解希格斯自相互作用可以帮助科学家了解早期宇宙的动力学。

意大利帕多瓦大学理论物理学家拉蒙娜格拉伯(Ramona Graber)指出，许多试图解释物质如何以某种方式变得比反物质更丰富的理论都需要希格斯粒子的自相互作用，而自相互作用与标准模型预测的差异高达30%。所以，了解这一点非常重要。

寿命有多长？

物理学家想知道希格斯粒子的寿命是——，即在衰变为其他粒子之前，它还能“存在”多久，因为任何与预测不一致的偏差都可能指向与未知粒子的相互作用，比如构成暗物质的那些粒子。但是希格斯玻色子的寿命太短，无法直接测量。

为了间接测量这一性质，物理学家观测粒子的质量宽度，它与寿命成反比，代表了1250亿电子伏特的粒子标称质量周围的小范围可能质量。去年，CMS物理学家利用这种方法首次粗略测量了希格斯粒子的寿命，为2.110-22秒，这是迄今为止对希格斯玻色子寿命最精确的测量。虽然精确度仍然有限，但它实际上与标准模型的预测非常吻合，表明该粒子确实应该有非常短的寿命。

是基本粒子吗？

一些扩展标准模型的理论预测，希格斯玻色子不是基本粒子，而是由质子等其他粒子组成。一些科学家还预言，希格斯玻色子有很多种，它们的行为相似但不完全相同。除了深入研究希格斯玻色子是否是标准的模型粒子，对LHC的实验还将寻找其他理论上预测的希格斯玻色子的痕迹。

据CERN官网消息，经过三年多的维护和升级，LHC于7月5日正式开始第三轮运行。第三轮操作期间记录的碰撞次数将超过前两轮的总和，这将使科学家能够收集更高质量的数据，并以前所未有的精度和新的通道详细研究希格斯玻色子的性质。