2025年12月4日，一篇发表在顶级物理学期刊《物理评论快报》上的论文，让全球的粒子物理学家们精神一振。来自欧洲核子研究中心（CERN）的科学家宣布，他们利用大型强子对撞机（LHC）上的ATLAS探测器，找到了希格斯玻色子衰变成一对缪子和反缪子的确凿证据。这项研究成果，为我们理解物质质量的起源，补上了一块关键的拼图。
图释：图片来源：欧洲核子研究中心
这到底是什么意思？我们得从希格斯玻色子这个“上帝粒子”说起。你可以把整个宇宙想象成一个充满了看不见的、粘稠“糖浆”的游泳池，这个“糖浆”就是希格斯场。所有基本粒子都在这个“游泳池”里穿行，它们穿行时感受到的“阻力”，就是我们所说的“质量”。有的粒子像个大铁球，在糖浆里前进困难，阻力大，它的质量就大；有的粒子像根针，受到的阻力小，质量就小。而像光子这样的粒子，它就像个幽灵，完全不受糖浆的阻碍，所以它没有质量。2012年，科学家们终于在这个“游泳池”里激起了一个“水花”，也就是观测到了希格斯玻色子，这雄辩地证明了“糖浆”的存在。
图释：观测到结合所有Run-3类别的二铀子不变质谱。图片来源：《物理评论快报》（2025年）。DOI：10.1103/gzdh-p159
发现了希格斯玻色子只是第一步，科学家们更关心的是，这个赋予万物质量的机制，是不是对所有粒子都一视同仁？根据我们目前最成功的理论——标准模型——的预言，一个粒子越重，它和希格斯场的相互作用就越强。这就好比一个大人物，更容易吸引别人的注意。过去几年，科学家已经证实，希格斯玻色子确实很“偏爱”那些最重的粒子，比如顶夸克、底夸克和陶子。这些粒子在物理学里被称为“第三代费米子”，可以看作是粒子家族里的“重量级大哥”。看到希格斯玻色子和它们相互作用，就像看到一个亿万富翁给一家大型慈善机构捐款，虽然重要，但并不意外。
但这次的新发现，主角换了人，换成了“第二代费米子”里的缪子。缪子可以被通俗地理解成一个“加肥版”的电子，质量大约是电子的200倍，但在粒子家族里，它只能算是个“中量级选手”，远没有第三代的大哥们那么重。根据理论，希格斯玻色子与缪子的相互作用要弱得多，因此，希格斯玻色子衰变成一对缪子和反缪子的概率也极低，大约每一千个希格斯玻色子中，才有一个会选择这种方式“谢幕”。要在海量的对撞数据中找到这个极其罕见的信号，难度堪比在整个地球的沙子里找到一颗特定的沙砾。
这正是ATLAS实验团队的厉害之处。他们整合了最近两轮实验运行的全部数据，通过极其复杂的分析，从巨大的背景噪声中“捞”出了这个微弱的信号。这次的信号显著性达到了3.4个标准差。这个数字听起来很抽象，但在粒子物理这个极度严谨的领域，它有明确的含义。通常，信号达到3个标准差，科学家会称之为“证据”，意思是这很可能是真的，但还不能完全排除是数据巧合的可能。此前，LHC的另一个探测器CMS也曾报告过3.0个标准差的证据。而这次ATLAS将数字提升到3.4，意味着是随机巧合的可能性变得更小了，证据也就更强了。
当然，我们距离宣布“发现”还有一步之遥。在粒子物理学界，宣告一项“发现”的金标准是5个标准差。那意味着观测到的信号是随机涨落的概率低于三百五十万分之一，基本可以板上钉钉。所以，我们现在可以说，科学家们已经牢牢抓住了希格斯玻色子会衰变成缪子的有力证据，但还需要积累更多的数据，来完成这“临门一脚”。
这项成果的意义非同小可。它首次在“中量级”粒子身上验证了希格斯机制，证明了标准模型对于第二代费米子的预言是准确的。这表明，赋予质量的这杆“秤”，对不同“重量”的选手都遵循着同样的规则。随着大型强子对撞机未来更高强度的运行，科学家们将能够更精确地测量这个过程，甚至有望去探索希格斯玻色子与更轻的第一代粒子（比如构成我们日常物质的电子）的相互作用，那将是更艰巨、也更激动人心的挑战。
参考文献：
G. Aad et al, Evidence for the Dimuon Decay of the Higgs Boson in 𝑝𝑝 Collisions with the ATLAS Detector, Physical Review Letters (2025). DOI: 10.1103/gzdh-p159)
)
)
)
)
)
)
)
)
)
)
)