从μ子对到光子信号，欧洲核子研究中心（CERN）的ATLAS合作组正在逼近最稀有的希格斯玻色子衰变模式 —— 为探索宇宙结构开辟了新途径。
想象一下，有一种粒子如此难以捉摸、如此罕见，以至于甚至难以瞥见其踪迹。这正是研究人员试图研究希格斯玻色子（一种基本粒子，也被称为“上帝粒子”）时所面临的挑战，该粒子负责赋予其他粒子质量。
然而，CERN的ATLAS合作组近期取得的突破性进展，已开始揭示其一些最神秘的行为，包括两种极其罕见的衰变模式。
在这些衰变中，希格斯玻色子要么转变为一对μ子（H→μμ），要么转变为Z玻色子和一个光子（H→Zγ）。它们如此稀少，在每几千次希格斯衰变中仅发生一次。
这项研究可能为发现未知粒子铺平道路，并帮助我们揭开与“上帝粒子”相关的诸多谜团。
以高置信度捕捉罕见衰变
展开剩余68%揭示这些罕见衰变并非易事。ATLAS合作组 —— 一个在CERN大型强子对撞机（LHC）工作的科学家团队 —— 花费了数年时间从实验中收集数据。他们面临的第一个挑战就是这些事件极为罕见。
希格斯玻色子衰变成μ子的概率仅为约五千分之一（1/5000）。因此，团队必须在由其他粒子相互作用产生的大量背景噪声中搜寻微弱的信号。
为了使搜索更高效，科学家们结合了LHC第2轮和第3轮运行的数据，这为他们提供了更完整的图景。利用这些增强的数据，ATLAS研究人员采用先进技术滤除背景噪声，专注于显示罕见希格斯衰变迹象的事件。
在搜寻H→μμ衰变时，他们在μ子对的质量谱中寻找一个微小的凸起，其位置正好在已知的希格斯粒子质量125 GeV处。与此同时，H→Zγ衰变的搜寻则面临着更大的挑战。
提高搜索灵敏度的新方法
在此衰变中产生的Z玻色子，只有约6%的时间会衰变成电子对或μ子对。此外，光子极难与其他过程中产生的粒子喷流区分开来。
对此，ATLAS开发了新的分析方法以提高搜索的灵敏度。通过根据希格斯粒子的产生方式对事件进行分类并优化选择标准，团队得以观测到更清晰的信号。
他们的辛勤工作获得了回报：对于H→μμ衰变，他们达到了3.4个标准差（σ）的显著性，这意味着该结果极不可能是统计波动造成的（可能性仅约三百分之一）。
这相较于早期仅在两倍标准差水平上观察到衰变迹象的结果，是一个显著的进步。而对于H→Zγ衰变，团队发现了具有2.5个标准差显著性的信号超出，这相比之前的结果也是一个重要的进展。
通往超越标准模型的新门户
这些突破可能具有深远的影响。通过揭示这些罕见衰变，ATLAS合作组正在为探索超越粒子物理标准模型的新物理打开大门。可能导致H→Zγ衰变的未知粒子，可能预示着尚未被探索的物理现象。
然而，挑战依然存在。尽管这些结果具有开创性，但它们还不是最终定论。展望未来，ATLAS研究人员计划利用LHC未来运行中产生的更多数据，更深入地研究希格斯玻色子的罕见衰变。
该团队希望未来的数据不仅能证实这些发现，还能揭示更多关于希格斯玻色子如何与其他粒子相互作用的细节，特别是那些研究相对较少的粒子，如第二代费米子。
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