希格斯玻色子发现简史(3)

Tevatron位于美国伊利诺伊州，周长6.3 km。与LEP不同，Tevatron加速和对撞的是正反质子，质心系能量约为2 TeV (1 TeV=1012 eV)。直到大型强子对撞机(Large Hadron Collider，LHC)建成，Tevatron一直是世界上能量最高的加速器。Tevatron上的两个实验，CDF和DØ，在LEP结束取数后继续探索。它们不但验证了之前LEP的结果，也进一步排除了希格斯玻色子质量在156—177 GeV的区间[10]。此后在2012年，CDF与DØ进一步利用Tevatron产生的全部数据，在120—135 GeV的区间内发现了希格斯玻色子可能存在的迹象[11]。但由于Tevatron加速器已经于2011年关停，因此这两个实验最终没能证实希格斯玻色子的发现。
2.2 对希格斯玻色子质量的间接约束
除了直接产生外，希格斯玻色子也可以作为中间粒子参与到诸多物理过程中，在没有被直接观测的情形下依然对这些过程的事例率以及动力学分布等实验观测量造成影响。这一效应在理论计算中被称为“电弱修正”，其具体影响会随着希格斯玻色子质量的变化而变化。因此只要能精确测量相应的物理过程，并同基于不同希格斯玻色子质量的电弱修正计算作对比，我们就能利用这一效应间接地约束希格斯玻色子的质量。
利用LEP以及美国斯坦福直线对撞机上采集的大量Z玻色子数据，以及LEP二期和Tevatron对W±玻色子的性质测量，再加上Tevatron上最新发现的顶夸克的质量，物理学家得以将希格斯玻色子的质量约束在158 GeV以下[12](图3)。而这正是接下来LHC能够覆盖的质量区间。电弱精确测量拟合的结果也因此为LHC上寻找希格斯玻色子相关物理提供了强有力的支持。

图3 2010 年时对希格斯玻色子质量的估计。黄色区域为LEP和Tevatron实验已经排除的区间。黑色实线(及其上蓝色条带)则为精确电弱测量数据对希格斯玻色子质量的约束。在95%的置信度上，电弱精确测量数据排除了希格斯玻色子质量大于158 GeV的可能性
值得一提的是，我国的北京正负电子对撞机(Beijing Electron Position Collider，BEPC)及其上的北京谱仪(Beijing Spectrometer，BES)实验也为间接约束希格斯玻色子质量做出了重要贡献。R值是粒子物理中可以直接反映夸克味(flavor)与色(color)量子数的基本物理量，是电弱精确拟合的重要输入测量。在2000年前后，BES实验在2—5 GeV的能区精确测量了R值[13]，其平均误差仅有6.6%，比之前的实验减小了2到3倍。在纳入这一测量结果后，当时的电弱精确测量拟合给出的希格斯玻色子最可几质量从过去的62 GeV升高到了90 GeV，上限也由原来的170 GeV更新为210 GeV(图4)。这一重要测量为发现希格斯玻色子指明了更为精确的方向。