大型特罗龙撞机：Higgs博世可以腐烂暗物质吗？

时间：2021-10-19 16:52:29 来源：

用希格斯玻色子探测暗物质

可见的事情 - 从花粉到星星和星系的一切 - 占宇宙总质量的约15％。剩下的85％是完全不同于我们可以触摸的东西的东西，看看：暗物质。尽管从观察引力效应的迹象表明，但暗物质的性质及其组合物仍然未知。

如果实际上是看不见的，物理学家如何研究暗物质超出引力效应？追求三种不同的方法：与天文观测的间接检测，寻找银河中心衰落的腐烂产品;直接检测高度敏感的低背景实验，寻找核心的暗物质散射;并通过在CERN的大型强子撞机（LHC）的受控实验室环境中创造暗物质。

虽然成功地描述了低能量的基本粒子及其相互作用，但颗粒物理的标准模型不包括可行的暗质颗粒。唯一一个可能的候选人，中微子，没有正确的属性来解释观察到的暗物质。为了解决这个问题，标准模型的简单理论扩展位于现有的颗粒（例如HGGGS玻色子），作为已知颗粒和暗物颗粒之间的“门耳”。由于HIGGS玻色子致群众，巨大的暗质颗粒应与其相互作用。Higgs Boson仍然具有与其与标准模型颗粒相互作用的强度相关的不确定性;根据最新的地图集组合Higgs-Boson测量，高达30％的HIGGS-BOSON衰减可能是不可见的。

有些人的偏乐可以腐烂到暗物质吗？由于暗物质不会与地图集探测器直接相互作用，物理学家寻找“隐形颗粒”的迹象，推断通过质子保护产品的动量守恒。根据标准模型，HGGS玻色子的分数衰减到无形的最终状态（四个中微子！）占0.1％，因此可以忽略不计。应该观察到这样的事件，它将是新物理学的直接指示，以及HIGGS玻色子腐烂到暗物质颗粒的潜在证据。

Higgs博世可以腐烂暗物质吗？ATLAS协作搜索完整的LHC运行2个数据集，以便到日期将HIGGS BOSON衰减的最强烈限制为迄今为止。

在LHC，以便搜索HIGGS玻色子直接衰变到看不见的颗粒的最敏感的通道是通过所谓的玻膦融合（VBF）的HGGS玻色子产生。VBF HIGGS-BOSON生产导致两种粒子喷雾（称为“喷气机”），该颗粒在地图集检测器中更向前的方向。这将与垂直方向上的大缺失动量（“横向”）与来自不可见的暗物粒子的梁轴相结合，创造了阿特拉斯物理学家可以搜索的独特签名。

图1：搜索区域中的前导两个喷射器（X轴）的质量，其中包含堆叠的所有背景处理并与数据进行比较。一个假设的HIGGS玻色子信号衰减到无形的最终状态显示为红色。

在最近介绍的结果中，ATLAS协作研究了全LHC运行2个数据集，2015-2018由地图探测器收集，以搜索VBF事件中的黑色物质粒子。在分析中发现了从已知标准模型过程中预期背景下的预期背景的大量事件。阿特拉斯衍生出95％的置信水平，将HIGGS-BOSON衰变的排斥排除在13％的无形粒子。该分析包括比以前的地图集搜索更多75％的数据，并且该团队实施了几种改进，包括：

更快的过滤算法以产生具有等效计算功率的更多模拟碰撞。缺乏模拟事件是该分析的前13个TEV版本的领先不确定性。优惠碰撞选择在同一数据集中接受〜50％的HIGGS-Boson事件。refined事件分类，以导致更高的信号到后台比率在搜索区域。如图1所示，如下面板中的红色曲线随着两种前导喷射器（MJJ）的不变质量增加而增加。可用于在后台过程中富集的碰撞的验收，允许分析师改善背景过程建模。

图2：与直接检测实验相比，WIMP-NUCLENON横截面上的上限90％置信水平衍生的90％置信水平。

这种观察到的排除符合Higgs玻色子腐朽的迹象一致。新的结果推进了寻找弱互动的大规模粒子（WIMPS），这是一种暗物质的受欢迎的候选者。图册设置了较低WIMP质量的额外排除限制，与图2中的其他直接检测实验相比。这些限制与WIMP群众最佳的直接检测实验竞争最多，这是HGGS-玻色子的一半，假设HIGGS玻色子直接与暗物质相互作用。

这一新分析将Higgs Boson Decaying的最强大的现有限制达到日期。随着搜索进展，物理学家将继续提高对暗物质探测器的敏感性。

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