希格斯玻色子的寿命在千分之几秒内测量

一个希格斯玻色子衰变成四个μ子（红线）欧洲核子研究中心

欧洲核子研究中心的物理学家比以往任何时候都更准确地测量了希格斯玻色子的寿命。由于传说中的粒子每秒钟只存活一小部分，科学家们想出了一种创造性的解决方法来计算新的数字。

在 1960 年代首次假设，希格斯玻色子是标准模型预测的最终基本粒子，其他粒子通过与其相互作用获得质量。它在 2012 年的发现是一个世纪以来最重要的科学突破之一，为提出这一想法的科学家赢得了2013 年诺贝尔物理学奖。

从那以后，大型强子对撞机 (LHC) 定期产生希格斯玻色子，让物理学家能够研究它的特性，但其中一些很难精确确定，因为它只能存活几分之一秒，然后才会衰变成其他粒子. 事实上，它的寿命本身就是最难直接测量的特性之一，因为它没有足够的时间穿过仪器到达检测器。

因此，对于这项新研究，CMS 合作的科学家们使用间接方法比以往任何时候都更精确地测量希格斯玻色子的寿命。相反，他们转向了一种称为质量宽度的不同属性——粒子可能具有的质量范围。本质上，粒子的质量宽度越宽，其寿命就越短，物理学家可以通过测量前者来计算后者。

希格斯玻色子的标称质量——其通常、最常见的值——是 125 千兆电子伏特 (GeV)。但由于海森堡测不准原理的量子怪异性，有时也会产生更大质量的版本。该团队分析了 LHC 第二次观测运行的数据，以计算“壳上”希格斯玻色子（接近标称质量的那些）与“壳外”希格斯玻色子（质量比平常大得多的那些）的比率。

使用这种技术，研究人员计算出希格斯玻色子的寿命为 210 yoctoseconds——在 septillionths 的范围内，或者一个小数点后跟 22 个零。该值的不确定度为 (+2.3/-0.9) x 10 -22秒，使其成为迄今为止对希格斯玻色子寿命的最精确测量。

“我们的结果表明，壳外希格斯玻色子的产生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 Pascal Vanlaer 说。“它在研究这种独特粒子的特性方面树立了一个里程碑。未来几年，随着 LHC 下一次运行的数据和新的分析想法，测量的精度有望提高。”

LHC 的下一次观测将于 2022 年开始。