希格斯玻色子衰變為μ子反μ子對，最新實驗揭示了質量的起源

2025年12月，歐洲核子研究中心ATLAS合作組公布了一項重磅成果。

他們在大型強子對撞機上，捕捉到了希格斯玻色子衰變為μ子與反μ子對的罕見過程。

這個過程每5000次希格斯玻色子衰變中才會發生一次，卻為解開“基本粒子質量為何差異巨大”的謎團提供了關鍵線索。

其實早在2024年，同樣在歐洲核子研究中心的CMS合作組就已經報告過類似結果。

但ATLAS的獨立驗證依然意義重大，它把這一觀測的統計顯著性提升到了3.4σ。

3.4σ這個數值可能聽起來很抽象。在粒子物理學里，3σ被稱為證據，5σ才能被稱為發現。

這意味著目前的結果已經能讓科學家們相信方向沒錯，但還需要更多數據來確認。

ATLAS和CMS都是大型強子對撞機上的通用型探測器，簡單說就是能勝任多種粒子物理實驗的“全能選手”。

兩者的獨立驗證，能最大程度避免實驗誤差。

本來想簡單說這是個重要發現，但后來發現得先講清楚中國團隊的貢獻。

中國科學技術大學的研究團隊在這次ATLAS實驗中發揮了關鍵作用，他們基于大型強子對撞機第三運行期的質子對撞數據，首次在ATLAS實驗中獨立確立了這一稀有過程的存在。

這背后其實是中國科研團隊的長期積累。

就像之前的大亞灣中微子實驗，中國團隊在其中取得了重大突破，也培養了一批優秀的科研人才。

這種積累讓我們在國際大科學工程中，從參與者逐漸變成了核心貢獻者。

我覺得這一點很重要，說明中國在基礎物理研究領域的實力正在穩步提升。

這個實驗成果的背后，離不開一套支撐粒子物理的核心理論。

他認為，希格斯場充當了每個粒子左旋和右旋分量之間的橋梁。

粒子在這兩個分量之間不斷翻轉，產生的運動阻力，就是我們感知到的質量。

這個理論聽起來有點繞，但核心邏輯很清晰：質量越大的粒子，與希格斯場的相互作用就越強。

溫伯格也因為相關理論，和其他人一起獲得了1979年的諾貝爾物理學獎。

驗證這個理論，關鍵就在于觀測不同相互作用強度下希格斯玻色子的衰變產物。

標準模型把費米子按質量分成了三代。

2022年，ATLAS和CMS合作組已經觀測到希格斯玻色子衰變為τ子對的現象，驗證了第三代費米子的質量起源。

但第二代費米子的驗證要難得多，μ子的質量只有τ子的六分之一左右，衰變概率低了很多。

在海量的質子對撞數據中找到這些罕見信號，難度不亞于在沙漠里尋找特定的一粒沙子。

好消息是，大型強子對撞機還在持續運行。

2025年8月，ATLAS合作組就已經在EPS-HEP會議上展示過相關的初步結果。

隨著數據的持續積累，再加上未來高光度大型強子對撞機計劃的實施，科學家們有望在不久的將來把統計顯著性提升到5σ的發現標準。

據了解，高光度大型強子對撞機預計2029年后投入運行，數據采集能力會大幅提升。

這項研究還為尋找更罕見的第一代粒子相關過程鋪平了道路。

希格斯玻色子衰變為電子對的概率僅為兩億分之一，比μ子對衰變還要罕見約400倍。

如果能觀測到這一過程，就能完整驗證希格斯機制對所有三代費米子質量起源的解釋。

從更宏觀的角度看，這些精密測量不只是為了驗證已知理論。

任何與標準模型預測的偏離，都可能指向新物理學的存在。

希格斯玻色子自2012年被發現以來，科學家們就一直在通過各種衰變道尋找超出標準模型的線索。

罕見衰變過程對新物理特別敏感，新粒子或新相互作用都可能改變這些過程的發生概率。

ATLAS團隊的這項研究已經發表在《物理評論快報》上，標志著人類對質量起源的理解又深化了一步。

從頂夸克到電子，34萬倍的質量差異背后，是宇宙最基本的規律在發揮作用。

我覺得這類基礎研究雖然短期內看不到直接應用，但每一次突破都在拓展人類認知的邊界。

隨著技術的進步和更多數據的積累，我們終將一步步揭開宇宙的終極密碼。