2012年，大型強(qiáng)子對撞機(jī)(LHC)發(fā)現(xiàn)了希格斯玻色子，這標(biāo)志著我們對構(gòu)成宇宙的基本粒子和力的理解迎來了關(guān)鍵時刻。希格斯玻色子在粒子物理學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)模型中起著至關(guān)重要的作用，它通過希格斯機(jī)制賦予其他粒子質(zhì)量。希格斯玻色子研究的一個關(guān)鍵方面是了解其產(chǎn)生機(jī)制，特別是通過膠子-膠子融合，這在高能量下占據(jù)了主要的產(chǎn)生截面。這就是頂?shù)卓淇烁缮姘l(fā)揮作用的地方。

希格斯玻色子可以在粒子對撞機(jī)（如LHC）上通過各種方式產(chǎn)生。一種主要產(chǎn)生機(jī)制是膠子-膠子融合（gg → H）。在這個過程中，兩個膠子通過夸克環(huán)相互作用產(chǎn)生希格斯玻色子。由于頂夸克質(zhì)量大，它對這個環(huán)的貢獻(xiàn)占主導(dǎo)地位。然而，盡管底夸克的質(zhì)量較小，它也對這個環(huán)有貢獻(xiàn)。有趣的是，當(dāng)這兩個涉及頂夸克和底夸克的過程同時發(fā)生時，它們的量子力學(xué)波函數(shù)會相互干涉，這種現(xiàn)象稱為頂?shù)赘缮妗?/p>

希格斯產(chǎn)生截面的計算涉及高階的量子色動力學(xué)。雖然領(lǐng)先階（LO）計算提供了基本理解，但為了達(dá)到精確度，需要進(jìn)行次領(lǐng)先階（NLO）、次次領(lǐng)先階（NNLO）甚至次次次領(lǐng)先階（N3LO）修正。這些高階修正考慮了各種效應(yīng)，包括不同夸克貢獻(xiàn)之間的干涉。

人們最初可能會認(rèn)為，由于底夸克質(zhì)量較低，其貢獻(xiàn)可以忽略不計。然而，隨著LHC實驗精度的不斷提高，對希格斯產(chǎn)生截面的理論預(yù)測需要非常準(zhǔn)確。即使是像頂?shù)赘缮孢@樣的微小效應(yīng)，在追求高精度時也會變得顯著。此外，對這種干涉項的精確理解有助于減少與整個希格斯產(chǎn)生截面預(yù)測相關(guān)的理論不確定性。

最近，發(fā)表在《物理評論快報》的一篇論文取得了重大突破。該工作計算了頂?shù)卓淇烁缮鎸ο８袼巩a(chǎn)生截面的貢獻(xiàn)，達(dá)到了量子色動力學(xué)的次次領(lǐng)先階（NNLO）。通過在計算中納入更高階項，研究人員能夠獲得頂?shù)赘缮嫘?yīng)的更準(zhǔn)確圖像。

研究表明，在13TeV的LHC碰撞能量下，頂?shù)赘缮娴目傆绊懠s為-1.99皮巴（pb），不確定度為 0.30 pb和-0.15 pb。這一發(fā)現(xiàn)表明，與忽略這種效應(yīng)的計算相比，干涉對希格斯產(chǎn)生截面具有負(fù)面影響。此外，研究還強(qiáng)調(diào)，計算中來自更高階項的貢獻(xiàn)，特別是那些與強(qiáng)耦合常數(shù)的四次方成正比的項，是不可忽略的。這一發(fā)現(xiàn)強(qiáng)調(diào)了為實現(xiàn)最準(zhǔn)確的預(yù)測而納入這些更高階項的重要性。

頂-底干涉對希格斯產(chǎn)生的貢獻(xiàn)是希格斯物理學(xué)的一個關(guān)鍵方面，它增強(qiáng)了我們對希格斯玻色子產(chǎn)生機(jī)制的理解。雖然底夸克的貢獻(xiàn)較頂夸克小，但其干涉效應(yīng)不可忽視，必須在精確計算中考慮。計算技術(shù)的進(jìn)步和高階量子色動力學(xué)修正使得精確確定這一貢獻(xiàn)成為可能，從而減少了理論不確定性，為更精確的標(biāo)準(zhǔn)模型測試和潛在的新物理發(fā)現(xiàn)鋪平了道路。