摘要：欧洲核子研究中心ATLAS合作组在马赛举行的2025年欧洲物理学会高能物理大会上宣布，他们在探测希格斯玻色子极其罕见的衰变模式方面取得重大突破，为可能发现超越标准模型的新物理学铺平了道路。这些发现不仅提升了我们对基本粒子相互作用的理解，也可能揭示宇宙深层结构的

欧洲核子研究中心ATLAS合作组在马赛举行的2025年欧洲物理学会高能物理大会上宣布，他们在探测希格斯玻色子极其罕见的衰变模式方面取得重大突破，为可能发现超越标准模型的新物理学铺平了道路。这些发现不仅提升了我们对基本粒子相互作用的理解，也可能揭示宇宙深层结构的新秘密。

ATLAS实验团队报告了两项关键成就：首次获得希格斯玻色子衰变为缪子对的确凿证据，以及显著提高了探测希格斯玻色子衰变为Z玻色子和光子过程的精度。这些成果代表了粒子物理学研究的重要里程碑，为理解物质质量的起源机制提供了新的实验窗口。

缪子衰变的突破性证据

ATLAS 系统对罕见希格斯玻色子衰变的最新观测结果揭示了令人着迷的深层物理学迹象，突破了精度和可能性的极限。（艺术家构想）。图片来源：SciTechDaily.com

希格斯玻色子衰变为缪子对的过程极其罕见，大约每5000次希格斯衰变中才发生一次。尽管概率微小，这一衰变模式却为研究希格斯机制如何赋予第二代费米子质量提供了最直接的途径。此前，科学家们仅证实了希格斯玻色子与第三代粒子的相互作用，包括τ轻子、顶夸克和底夸克。

ATLAS合作组通过结合大型强子对撞机第二次和第三次运行的完整数据集，在统计显著性达到3.4个标准差的水平上观测到了这一过程，超过了预期的2.5个标准差。这意味着结果为统计波动的概率小于3000分之一，达到了粒子物理学中"证据"级别的严格标准。

这一发现具有深远意义，因为它首次直接证实了希格斯机制在第二代粒子质量生成中的作用。在标准模型框架内，不同代粒子应该以相同的方式与希格斯场相互作用，但强度不同。ATLAS的观测结果支持了这一预测，为标准模型的完整性提供了新的实验支撑。

寻找新物理学的窗口

希格斯玻色子候选体衰变为两个μ子（H→μμ）的事件显示，探测器中显示为红色轨迹。图片来源：ATLAS/CERN

希格斯玻色子衰变为Z玻色子和光子的过程更加复杂且意义重大。这种衰变通过由虚粒子组成的中间"环路"实现，如果存在未被发现的新粒子，它们可能会在这个环路中留下痕迹，从而改变衰变的概率和特征。

ATLAS团队在这一衰变模式的探测上也取得了重要进展，观测显著性达到2.5个标准差，预期灵敏度为1.9个标准差。这是迄今为止用于测量希格斯玻色子衰变为Z玻色子和光子分支比的最严格预期灵敏度，为探索超越标准模型的新物理学提供了前所未有的精度。

技术挑战与创新方法

探测这些罕见衰变面临巨大的技术挑战。在缪子衰变搜寻中，科学家们必须从大量背景事件中识别出集中在125GeV质量附近的微弱信号过量。这些信号常被通过无关过程产生的缪子对所掩盖，要求极高的探测精度和数据分析技术。

希格斯玻色子候选体衰变为一个光子和一个Z玻色子的事件显示，其中Z玻色子随后衰变为一对电子-正电子对。图片来源：ATLAS/CERN

对于Z玻色子和光子衰变，挑战更加严峻。Z玻色子衰变为电子或缪子对的概率仅为6%，而光子容易与粒子束流混淆，增加了识别难度。为了应对这些挑战，ATLAS研究人员开发了先进的背景模拟方法，根据希格斯粒子不同的产生机制对数据进行分类，并改进了事件筛选策略。

实验技术的飞跃

这些成就得益于多方面的技术进步。大型强子对撞机提供的海量高质量数据为研究提供了基础，ATLAS探测器的卓越性能确保了数据的可靠性，而创新的分析技术则让科学家们能够从复杂的数据中提取出有用信息。

研究团队采用了机器学习算法来改善信号与背景的区分能力，使用了更精确的理论计算来预测标准模型的预期结果，并开发了新的统计方法来量化观测结果的显著性。这些技术创新不仅提高了当前研究的精度，也为未来的粒子物理学实验奠定了基础。

未来展望与意义

随着大型强子对撞机继续收集数据，这些测量的精度将进一步提高。更高的统计显著性将使科学家们能够更精确地测量这些衰变过程的性质，并寻找与标准模型预测的微小偏差。任何这样的偏差都可能指向新的物理现象。

这些研究成果不仅加深了我们对希格斯机制的理解，也为探索宇宙中暗物质、额外维度和其他未解之谜提供了新的实验途径。随着更多数据的积累和分析技术的持续改进，ATLAS实验有望在不久的将来为人类对宇宙基本规律的认识带来革命性突破。

来源：人工智能学家