十万亿质子碰撞，生成玻色子“三胞胎”

文/陈根

据物理学家组织网27日报道，美国科学家借助欧洲核子研究中心（CERN）的大型强子对撞机（LHC）和其紧凑缪子线圈实验（CMS），首次观察到极罕见的玻色子“三胞胎”生成事件。

研究人员称，最新观测涉及W或Z玻色子“三胞胎”的生成。玻色子包括光子、W玻色子、Z玻色子、胶子和希格斯玻色子。W或Z玻色子都携带弱力，但Z玻色子不带电荷。弱力是宇宙四大基本自然力（另外三种力分别为强力、电磁力和万有引力）之一，与放射性现象和太阳内部热核过程密切相关。粒子物理标准模型是描述强力、弱力、电磁力及组成物质的基本粒子（包括玻色子）等的理论。

而希格斯玻色子，几乎是神话般的实体，让粒子物理学成为了全球关注的焦点。1964年，英国科学家彼得·希格斯提出了希格斯场的存在，并进而预言了希格斯玻色子的存在。希格斯玻色子是支撑起我们这个宇宙的重要粒子，是基本粒子质量的来源。

希格斯认为粒子穿行于空间中，应该承受着某种“阻碍”，使其需要有所付出才能获得加速度，在宏观世界中体现为“质量”。而空间中的这种使物质获得质量的机制，就被称作“希格斯场”（Higgs field）。

后来，欧洲核子研究组织（CERN）在日内瓦建造了一座“大型强子对撞机”（LHC），科学家们开始尝试把粒子加速到接近光速的速度，希望能从空间中找到“希格斯场”中的粒子，也就是“希格斯粒子”，以此验证希格斯的理论。

2013年，通过对撞机实验，初步确认已经发现了“希格斯粒子”，定名为“希格斯玻色子”（Higgs Boson，粒子分为“玻色子”和“费米子”两类，它们的自旋特性不同），证明了“希格斯场”的存在，希格斯本人也因此荣获诺贝尔奖。

在研究中，研究人员发现当被加速到接近光速的高能质子束沿着LHC的圆形轨道在几个点迎面相撞时，就会有玻色子“三胞胎”生成——两个质子相撞时，质子内部的夸克和胶子被迫分开，W或Z玻色子随之出现。在极罕见的情况下，它们以“三胞胎”形式——WWW、WWZ、WZZ和ZZZ出现。研究人员表示，10万亿个质子—质子碰撞，才会生成一个此类“三胞胎”，这些事件发生的概率仅为发现希格斯玻色子的50分之一。

通过收集更多此类事件和其他罕见事件的数据，研究人员将能以更高精度测试对标准模型的预测，最终发现并研究超越标准模型的新相互作用。