最近的理論進展加強了人們對希格斯玻色子特性的理解，重點是它在膠子-膠子對撞過程中的截面。這項研究強調了高階修正的相關性，並證實了標準模型的預測，預計進一步的研究將闡明新物理學的潛力。

希格斯玻色子是十多年前在大型強子對撞機的探測器中發現的。事實證明，希格斯玻色子是一種很難產生和觀測的粒子，以至於儘管時過境遷，人們對它的特性仍然無法準確了解。現在，我們對它的起源有了更多的了解，這要歸功於波蘭科學院核子物理研究所參與的國際理論物理學家小組剛剛發表的成果。

大型強子對撞機（LHC）的最大發現是著名的希格斯玻色子。十二年來，物理學家一直試圖盡可能精確地了解這個非常重要的基本粒子的特性。由於實驗挑戰和眾多計算障礙，這項任務極為艱鉅。

幸運的是，在位於克拉科夫的波蘭科學院核子物理研究所（IFJ PAN）、位於亞琛的亞琛工業大學（RWTH）和位於慕尼黑附近加興的馬克斯-普朗克物理研究所（MPI）在一群物理學家的努力下，理論研究剛剛取得了重大的進展。

希格斯玻色子通常被稱為”上帝粒子”，這個綽號來自萊昂-萊德曼的書名。原來的書名”該死的粒子”更無厘頭，意在反映人們對難以探測到它的沮喪。出版商選擇了一個爭議較少的名字，它抓住了希格斯玻色子在粒子物理學中的重要意義：它是解釋其他粒子如何獲得質量的理論的核心，而質量是我們宇宙結構的一個基本方面。

希格斯玻色子（藍色）可能是在質子碰撞中透過膠子（黃色）的相互作用產生的。質子由兩個上夸克（紅色）和一個下夸克（紫色）組成，它們被膠子緊密地結合在一起，以至於在虛擬粒子海（灰色）中可能會出現更大質量的夸克和反夸克，例如美麗夸克，它們的存在也會影響希格斯玻色子的誕生過程。資料來源：IFJ PAN

標準模型是20 世紀70 年代構建的一個複雜的理論結構，用於連貫地描述目前已知的物質基本粒子（夸克以及電子、μ介子、tau 和相關的三位一體中微子）以及電磁力（光子）和核力（強相互作用中的膠子，弱相互作用中的W 和Z 玻色子）。

希格斯玻色子在賦予其他基本粒子質量的機制中扮演關鍵角色。希格斯玻色子的發現於2012 年中宣布。從那時起，科學家們就一直在努力盡可能地獲取有關這種極其重要的粒子的資訊。

“對於物理學家來說，與任何基本粒子或核粒子相關的最重要參數之一就是特定碰撞的截面。這是因為它為我們提供了信息，讓我們知道在某一類型的碰撞中該粒子出現的頻率。器已經記錄到了希格斯粒子的痕跡”，Rene Poncelet 博士（IFJ PAN）解釋道。

Michal Czakon 教授（RWTH）是著名物理學雜誌《物理評論快報》（Physical Review Letters）上這篇文章的共同作者，科學家們在該雜誌上發表了他們的計算結果：”我們工作的本質是希望在在確定希格斯玻色子產生的有效截面時考慮到某些修正，這些修正由於表面上貢獻很小，通常會被忽略，因為忽略它們會大大簡化計算。困難，確定了這些修正。

高階修正對於理解希格斯玻色子特性的重要性可以從以下事實中看出：論文中計算出的二級修正表面上很小，但對所尋求的活躍截面值的貢獻幾乎達到了五分之一。相較之下，三階修正只佔百分之三（但卻將計算的不確定性降低到了百分之一）。

這項工作的新穎之處在於考慮到了底夸克質量的影響，從而產生了約百分之一的微小但明顯的偏移。值得一提的是，大型強子對撞機對撞的是質子，也就是由兩個上夸克和一個下夸克組成的粒子。質子內部暫時存在著質量較大的夸克，如美夸克，是質子中結合夸克的強相互作用的量子性質的結果。

“我們研究小組發現的希格斯玻色子產生的有效截面值與先前在大型強子對撞機的光束對撞中測得的值實際上是一樣的，這自然是考慮到了當前計算和測量的不準確性。

科學家之所以普遍相信需要新物理學的存在，是因為標準模型無法回答一些根本性的重要問題。為什麼基本粒子會有這樣的質量？為什麼它們會組成家族？宇宙中清晰可見的暗物質又是由什麼構成的？宇宙中物質多於反物質的原因是什麼？標準模型還需要擴展，因為它根本沒有考慮到引力這種常見的相互作用。

重要的是，來自IFJ PAN、RWTH 和MPI 的理論物理學家的最新成果並沒有明確排除伴隨希格斯玻色子誕生的現像中新物理學的存在。當開始分析大型強子對撞機逐漸開始的第四個研究週期的數據時，情況可能會發生很大變化。

對新粒子碰撞的觀測次數越來越多，可能會縮小測量的不確定性，使希格斯粒子產生的允許截面的測量範圍不再與理論定義的範圍重疊。至於這種情況是否會發生，物理學家們幾年後就會知道。現在，標準車型可以比以往任何時候都更安全——這一事實正慢慢成為大型強子對撞機最令人驚訝的發現。

編譯自/ ScitechDaily