最近的理论进展加强了对希格斯玻色子性质的理解，重点放在胶子-胶子碰撞时的横截面上。这项研究强调了高阶修正的相关性，并证实了标准模型的预测，进一步的研究有望阐明新物理学的潜力。
新研究公司证实了标准模型的预测希格斯玻色子，同时暗示未来的数据可能会揭示粒子物理学的未知方面。
希格斯玻色子是十几年前在大型强子对撞机的探测器中发现的。事实证明，它是一种难以产生和观察的粒子，尽管时间在流逝，但人们对它的性质仍不能精确到令人满意。现在我们知道了更多的a关于它的起源，感谢刚刚发表的一项国际成就在波兰科学院核物理研究所的参与下，一个理论物理学家小组。
发现希格斯玻色子
科学界一致认为，大型强子对撞机(LHC)的最大发现是著名的希格斯玻色子。12年来，物理学家一直试图尽可能精确地了解这种非常重要的基本粒子的性质。由于实验挑战和众多计算障碍，这项任务极其困难。
幸运的是，理论研究刚刚取得了重大进展，这要归功于来自克拉科夫波兰科学院核物理研究所(IFJ PAN)、亚琛工业大学(RWTH)和慕尼黑附近加兴马克斯-普朗克-
希格斯玻色子(蓝色)可能是由质子碰撞过程中胶子(黄色)的相互作用产生的。质子由两个上夸克(红色)和一个下夸克(紫色)组成，它们被胶子束缚得如此之强，以至于在虚粒子(灰色)的海洋中，可能会出现更多的大质量夸克和反夸克，例如美丽夸克，它们的存在也会影响希格斯玻色子的诞生过程。资料来源:IFJ PAN
标准模型的作用
标准模型是一个复杂的理论结构，建于20世纪70年代，用于一致地描述目前已知的物质基本粒子(夸克，以及电子、μ子、τ和相关的三位一体中微子)、电磁力(光子)和核力(强相互作用情况下的胶子，弱相互作用情况下的W和Z玻色子)。
由于大型强子对撞机，希格斯玻色子(Higgs boson)的发现为标准模型的建立锦上添花。希格斯玻色子在赋予其他基本粒子质量的机制中起着关键作用。希格斯粒子的发现是在2012年中期宣布的。从那时起，科学家们就一直在努力获取尽可能多的关于这种至关重要的粒子的信息。
加强希格斯玻色子碰撞分析
“对于物理学家来说，与任何基本粒子或核粒子相关的最重要参数之一是特定碰撞的横截面。这是因为它给了我们关于粒子在某种类型的碰撞中出现的频率的信息。我们关注于胶子-胶子碰撞中希格斯玻色子横截面的理论确定。它们负责产生大约90%的希格斯粒子，其存在的痕迹已经在大型强子对撞机加速器的探测器上记录下来，”Rene Poncelet博士(IFJ PAN)解释说。
Michal Czakon教授(RWTH)是著名物理学杂志《物理评论快报》(Physical Review Letters)上这篇文章的合著者，科学家们在《物理评论快报》上发表了他们的计算，他补充说:“我们工作的本质是希望在确定希格斯玻色子产生的有效截面时，考虑到某些修正，由于它们的贡献显然很小，通常被忽略，因为忽略它们大大简化了计算。这是我们第一次成功地克服了数学上的困难并确定了这些修正。”
高阶修正的意义
高阶修正对于理解希格斯玻色子性质的重要性可以从这一事实中看出，论文中计算的二次修正，表面上很小，贡献了所寻求的有效截面值的近五分之一。相比之下，三阶修正为3%(但将计算不确定性降低到1%)。
这项工作的新颖之处在于考虑了底夸克质量的影响，导致了大约1%的微小但明显的变化。这里值得回顾的是，LHC对撞的是质子，即由两个上夸克和一个下夸克组成的粒子。在质子内部暂时存在质量较大的夸克，比如美丽夸克，是质子中夸克之间强相互作用的量子性质的结果。
“考虑到当前计算和测量的不准确性，我们小组发现的希格斯玻色子产生的有效横截面值和之前在大型强子对撞机中测量的值实际上是相同的。因此，在我们正在研究的形成希格斯玻色子的机制中，似乎看不到新物理学的前兆——至少目前是这样，”Poncelet博士总结了团队的工作。
对标准模型和新物理学的启示
科学家们之所以普遍认为需要存在新的物理学，是因为许多重要的根本问题无法用标准模型来回答。为什么基本粒子有这样的质量?它们为什么组成家庭?在宇宙中如此清晰可见的暗物质是由什么构成的?宇宙中物质多于反物质的原因是什么?标准模型还需要扩展，因为它根本没有考虑引力，而引力是一种非常常见的相互作用。
希格斯玻色子研究和标准模型的未来
重要的是，来自IFJ PAN、RWTH和MPI的理论物理学家的最新成就并没有明确排除伴随希格斯玻色子诞生的新物理现象的存在。当大型强子对撞机逐渐开始的第四个研究周期的数据开始分析时，情况可能会发生很大变化。
对新粒子碰撞的不断增加的观测可能使测量的不确定性缩小，从而使希格斯产生的允许横截面的测量范围不再与理论定义的范围一致。这是否会发生，物理学家将在几年内找到答案。目前，标准模型比以往任何时候都更安全——这一事实正慢慢成为大型强子对撞机最令人惊讶的发现。
参考文献:“上下干涉对完全包含希格斯生产的贡献”，作者:michaowczakon, Felix Eschment, Marco Niggetiedt, Rene Poncelet和Tom Schellenberger, 2024年5月23日，物理评论快报。DOI: 10.1103 / PhysRevLett.132.211902
