希格斯玻色子发现十周年｜漫谈希格斯粒子(8)

值得一提的是，现象学研究对寻找希格斯玻色子来说十分重要。考虑标准模型是基于量子场论的一个可重正化理论，它决定了希格斯玻色子的质量与电弱理论中的其他许多物理量之间有内在联系，精确测量这些物理量(如W玻色子质量等)可以间接限制希格斯玻色子的质量。在发现希格斯玻色子的前夕，这样的研究给出了质量的最可期区间120—130 GeV。
希格斯玻色子的发现定格在2012年7月4号，LHC上的大型国际合作实验ATLAS和CMS共同宣布以很高的统计置信度发现了疑似希格斯玻色子的粒子。发现该粒子主要采用了探测灵敏度最高的希格斯玻色子衰变到双Z玻色子、双光子以及双W玻色子末态。以双Z玻色子最终衰变到4个带电轻子末态为例，真正测得的希格斯玻色子屈指可数，但该末态信噪比很好，因此统计上十分重要；这些信号是在近1013倍于己身的噪声数据集中发现的！在粒子物理实验领域，发现新粒子往往表述成：真实数据以几倍高斯标准偏差的显著度否决了没有信号存在的假设检验。2012年的发现于单个实验都是5倍标准偏差统计显著度，等效于说不存在这个新粒子的可能性为百万分之一。
这个重大发现具有划时代的意义，它帮助填补了标准模型的最后一块拼图，使得标准模型电弱统一得以真正完成，而基本粒子的质量有了真正理论来源。初期的研究发现这个新粒子基本符合期待已久的希格斯玻色子，但其真正自然本性有待更大统计量数据的精确检验。
5、展望
希格斯玻色子的发现具有里程碑意义，2012年之后，希格斯物理时代自然就来临了：这样一个新生的神秘的“旧”事物值得仔细审视，研究它的粒子内禀属性，研究它和其余基本粒子的耦合，研究它背后希格斯机制的自洽性(如双玻色子散射过程)，以及研究它和新物理(如暗物质)的关联等。希格斯物理研究成为当下粒子物理学的一个核心方向。从2012年的8 TeV 对撞质心能量往后，LHC的质子—质子对撞能量继续提高到13—13.6 TeV，创造了新的世界纪录。十年后的今天，获得的希格斯粒子数目相较2012年增长了近15倍，科学家们相继验证了它的标量粒子特性、它与一系列基本粒子(顶夸克、底夸克、Z玻色子、W玻色子、陶轻子、缪子)的耦合，并将一些主要希格斯过程的测量精度提升至10%[8，9]。
科学家们大体已经认可了这个希格斯玻色子确实是标准模型需要的那个粒子。希格斯物理研究的未来或许会更加多样化：继续探索LHC实验上可观的希格斯过程，精确检验标准模型预言；充分利用LHC实验数据探索稀有希格斯物理过程，如希格斯玻色子与更轻费米子的耦合、其自耦合，以及其不可见衰变等，以期发现异常，揭示其与新物理现象的关系；探索希格斯玻色子在宇宙演化、真空电弱相变中的作用，探讨可能的互补实验观测等等。现在是希格斯物理的第一个十年，希望第二个、第三个十年时会有新的激动人心的发现。