從μ子對到光子信號，歐洲核子研究中心（CERN）的ATLAS合作組正在逼近最稀有的希格斯玻色子衰變模式 —— 為探索宇宙結構開辟了新途徑。

想象一下，有一種粒子如此難以捉摸、如此罕見，以至于甚至難以瞥見其蹤跡。這正是研究人員試圖研究希格斯玻色子（一種基本粒子，也被稱為“上帝粒子”）時所面臨的挑戰，該粒子負責賦予其他粒子質量。

然而，CERN的ATLAS合作組近期取得的突破性進展，已開始揭示其一些最神秘的行為，包括兩種極其罕見的衰變模式。

在這些衰變中，希格斯玻色子要么轉變為一對μ子（H→μμ），要么轉變為Z玻色子和一個光子（H→Zγ）。它們如此稀少，在每幾千次希格斯衰變中僅發生一次。

這項研究可能為發現未知粒子鋪平道路，并幫助我們揭開與“上帝粒子”相關的諸多謎團。

以高置信度捕捉罕見衰變

揭示這些罕見衰變并非易事。ATLAS合作組 —— 一個在CERN大型強子對撞機（LHC）工作的科學家團隊 —— 花費了數年時間從實驗中收集數據。他們面臨的第一個挑戰就是這些事件極為罕見。

希格斯玻色子衰變成μ子的概率僅為約五千分之一（1/5000）。因此，團隊必須在由其他粒子相互作用產生的大量背景噪聲中搜尋微弱的信號。

為了使搜索更高效，科學家們結合了LHC第2輪和第3輪運行的數據，這為他們提供了更完整的圖景。利用這些增強的數據，ATLAS研究人員采用先進技術濾除背景噪聲，專注于顯示罕見希格斯衰變跡象的事件。

在搜尋H→μμ衰變時，他們在μ子對的質量譜中尋找一個微小的凸起，其位置正好在已知的希格斯粒子質量125 GeV處。與此同時，H→Zγ衰變的搜尋則面臨著更大的挑戰。

提高搜索靈敏度的新方法

在此衰變中產生的Z玻色子，只有約6%的時間會衰變成電子對或μ子對。此外，光子極難與其他過程中產生的粒子噴流區分開來。

對此，ATLAS開發了新的分析方法以提高搜索的靈敏度。通過根據希格斯粒子的產生方式對事件進行分類并優化選擇標準，團隊得以觀測到更清晰的信號。

他們的辛勤工作獲得了回報：對于H→μμ衰變，他們達到了3.4個標準差（σ）的顯著性，這意味著該結果極不可能是統計波動造成的（可能性僅約三百分之一）。

這相較于早期僅在兩倍標準差水平上觀察到衰變跡象的結果，是一個顯著的進步。而對于H→Zγ衰變，團隊發現了具有2.5個標準差顯著性的信號超出，這相比之前的結果也是一個重要的進展。

通往超越標準模型的新門戶

這些突破可能具有深遠的影響。通過揭示這些罕見衰變，ATLAS合作組正在為探索超越粒子物理標準模型的新物理打開大門?？赡軐е翲→Zγ衰變的未知粒子，可能預示著尚未被探索的物理現象。

然而，挑戰依然存在。盡管這些結果具有開創性，但它們還不是最終定論。展望未來，ATLAS研究人員計劃利用LHC未來運行中產生的更多數據，更深入地研究希格斯玻色子的罕見衰變。

該團隊希望未來的數據不僅能證實這些發現，還能揭示更多關于希格斯玻色子如何與其他粒子相互作用的細節，特別是那些研究相對較少的粒子，如第二代費米子。

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