希格斯玻色子的理論預(yù)測(cè)可以追溯到1964年，當(dāng)時(shí)有三個(gè)獨(dú)立的團(tuán)隊(duì)提出了一種機(jī)制，可以解釋為什么一些基本粒子具有質(zhì)量，這種機(jī)制被稱為希格斯機(jī)制。但是，要驗(yàn)證希格斯機(jī)制是否正確，就需要觀察到希格斯場(chǎng)的量子化表現(xiàn)，即希格斯玻色子。然而，由于希格斯玻色子非常不穩(wěn)定，很難直接觀測(cè)到。物理學(xué)家們只能通過(guò)高能粒子對(duì)撞機(jī)來(lái)產(chǎn)生希格斯玻色子，并且通過(guò)分析其衰變產(chǎn)物來(lái)推斷其存在和性質(zhì)。這需要非常復(fù)雜和精密的實(shí)驗(yàn)設(shè)備和數(shù)據(jù)處理技術(shù)。

尋找希格斯玻色子是物理學(xué)家們長(zhǎng)期以來(lái)的夢(mèng)想和挑戰(zhàn)。在過(guò)去幾十年里，人們利用不同的粒子對(duì)撞機(jī)進(jìn)行了多次嘗試，但都沒(méi)有成功。直到2012年，在歐洲核子研究中心的大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)上，兩個(gè)主要的探測(cè)器實(shí)驗(yàn)組（CMS和ATLAS）宣布了一個(gè)歷史性的發(fā)現(xiàn)：他們探測(cè)到了一個(gè)新粒子，其質(zhì)量約為125-126 GeV，并且具有希格斯玻色子的預(yù)期特征。這一發(fā)現(xiàn)被認(rèn)為是物理學(xué)最重大的突破之一，為標(biāo)準(zhǔn)模型提供了強(qiáng)有力的支持，也為探索新物理開(kāi)啟了新的可能性。

那么，這個(gè)新粒子是如何被發(fā)現(xiàn)的呢？首先，我們需要知道希格斯玻色子的產(chǎn)生和衰變方式。在大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)中，兩束高速運(yùn)動(dòng)的質(zhì)子對(duì)撞在一起，產(chǎn)生極高的能量和溫度。在這些對(duì)撞事件中，有很小的概率會(huì)產(chǎn)生希格斯玻色子。但是，希格斯玻色子非常不穩(wěn)定，它會(huì)在很短的時(shí)間內(nèi)衰變成其他粒子。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)模型的理論預(yù)測(cè)，希格斯玻色子有多種可能的衰變模式，其中最常見(jiàn)的幾種是：

• 希格斯玻色子衰變成兩個(gè)光子

• 希格斯玻色子衰變成兩個(gè)W玻色子

• 希格斯玻色子衰變成兩個(gè)Z玻色子

• 希格斯玻色子衰變成兩個(gè)底夸克

• 希格斯玻色子衰變成兩個(gè)τ輕子

每種衰變模式都有一個(gè)特定的分支比（branching ratio），表示該模式發(fā)生的概率。例如，希格斯玻色子衰變成兩個(gè)光子的分支比約為0.2%，而衰變成兩個(gè)W玻色子的分支比約為21%。

不同的衰變模式有不同的優(yōu)缺點(diǎn)。例如，一些衰變模式比較容易被探測(cè)器識(shí)別，因?yàn)樗鼈儺a(chǎn)生的粒子是干凈和明顯的信號(hào)。例如，光子和輕子都是不受強(qiáng)相互作用影響的粒子，它們可以直接到達(dá)探測(cè)器，并且留下清晰的徑跡。另一方面，有一些模式它發(fā)生的概率會(huì)比較高。

因此，在尋找希格斯玻色子時(shí)，物理學(xué)家們需要綜合考慮不同衰變模式的分支比、信噪比、背景抑制等因素，以選擇最合適和最敏感的分析通道。在2012年的發(fā)現(xiàn)中，CMS和ATLAS實(shí)驗(yàn)組主要利用了以下四種分析通道：

• 希格斯玻色子衰變成兩個(gè)光子（H→γγ）

• 希格斯玻色子衰變成四個(gè)輕子（H→ZZ→4l）

• 希格斯玻色子衰變成兩個(gè)W玻色子（H→WW）

• 希格斯玻色子衰變成兩個(gè)底夸克（H→bb）

這四種分析通道都有各自的優(yōu)勢(shì)和難點(diǎn)。H→γγ通道的優(yōu)勢(shì)是兩個(gè)光子的能量和角度可以很精確地測(cè)量，從而可以重建出希格斯玻色子的質(zhì)量。而且，這個(gè)通道對(duì)希格斯玻色子的自旋和宇稱也很敏感，可以用來(lái)檢驗(yàn)希格斯玻色子是否是標(biāo)量粒子。但是，這個(gè)通道的分支比很小，只有0.2%，而且背景噪聲很大，主要來(lái)自于其他過(guò)程產(chǎn)生的兩個(gè)光子。因此，這個(gè)通道需要非常高的統(tǒng)計(jì)顯著性才能發(fā)現(xiàn)信號(hào)。

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H→ZZ→4l通道的優(yōu)勢(shì)是四個(gè)輕子（電子或μ子）也可以很精確地測(cè)量，從而可以重建出希格斯玻色子的質(zhì)量。而且，這個(gè)通道的背景噪聲很小，因此這個(gè)通道也可以提供非常清晰和顯著的信號(hào)。但是，這個(gè)通道的分支比也很小，只有0.01%，而且需要四個(gè)輕子都能被探測(cè)器有效地識(shí)別和重建。

H→WW通道的優(yōu)勢(shì)是分支比較大，約為21%，而且W玻色子可以衰變成輕子或噴射，從而提供不同的衰變模式。但是，這個(gè)通道的難點(diǎn)是W玻色子衰變成輕子時(shí)會(huì)伴隨著一個(gè)中微子，中微子是一種不帶電荷、不參與強(qiáng)相互作用、質(zhì)量極小的粒子，它幾乎不與探測(cè)器發(fā)生相互作用，因此無(wú)法直接測(cè)量。中微子只能通過(guò)缺失能量來(lái)推斷其存在和性質(zhì)。但是，缺失能量也可能來(lái)自于其他來(lái)源，如儀器效應(yīng)、噴射誤差等。因此，這個(gè)通道需要非常復(fù)雜和精細(xì)的數(shù)據(jù)分析方法才能提取出信號(hào)。

H→bb通道的優(yōu)勢(shì)是分支比最大，約為58%，而且底夸克是已知最重的夸克之一，它與希格斯場(chǎng)有較強(qiáng)的耦合強(qiáng)度。但是，這個(gè)通道的難點(diǎn)是底夸克會(huì)形成噴射，并且與其他來(lái)源的噴射混淆在一起。因此，這個(gè)通道需要非常高效和準(zhǔn)確的噴射鑒別（jet tagging）技術(shù)才能區(qū)分出底夸克噴射和其他噴射。

在2012年7月4日之前，CMS和ATLAS實(shí)驗(yàn)組已經(jīng)收集了上千次碰撞的數(shù)據(jù)，并且對(duì)不同的分析通道進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)學(xué)處理和組合。他們發(fā)現(xiàn)，在125-126 GeV附近有一個(gè)明顯的信號(hào)超出了背景噪聲水平，并且達(dá)到了5σ以上的統(tǒng)計(jì)顯著性。5σ意味著這個(gè)信號(hào)是非常可信的，其出現(xiàn)的概率小于1/350萬(wàn)。這個(gè)信號(hào)在不同的分析通道中都有一致的表現(xiàn)，并且與希格斯玻色子的預(yù)期特征相符。因此，他們宣布了一個(gè)新粒子的發(fā)現(xiàn)，并且初步認(rèn)為它是希格斯玻色子。