1.6 x 10-22 秒：根据理论，这是希格斯玻色子的寿命，它是亚原子世界中最受追捧的粒子之一。这个时间如此之短，以至于在你看书的设备发出的光线到达你的眼睛之前，可能有数以万亿计的希格斯玻色子已经诞生和死亡。
物理学家们正在现实世界中精确测量这个寿命。通过仔细研究欧洲核子研究组织的粒子加速器（LHC）的数据，科学家们已将希格斯玻色子的寿命缩小到大约 1.6 x 10-22 秒左右。科学家们之所以能做到这一点，得益于 LHC 的探测器之一 CMS 的数据。他们的工作是一项重大的进展——这表明，在希格斯玻色子发现近十年后，关于该粒子仍有许多东西需要学习。
“这是一个很好的成就，是一个重要的里程碑，但这仅仅是第一步，”加州 SLAC 国家加速器实验室的粒子物理学家 Caterina Vernieri 说，她过去曾与 CMS 合作过，但并未参与这项最新研究。
希格斯玻色子是许多粒子拥有质量的原因，简单来说，这涉及到一些复杂的概念，称为“量子场”和“对称性破缺”。它最早在 20 世纪 60 年代被提出理论——其命名者是诺贝尔奖得主、英国物理学家彼得·希格斯——但它困扰了科学家几十年。
将粒子以越来越高的能量碰撞在一起是发现它的关键，这得益于 LHC，粒子在长达 17 英里的环形隧道中绕行，该隧道位于法瑞边境。LHC 于 2008 年投入使用。2012 年，在那里工作的物理学家发现了可能属于希格斯玻色子的“指纹”；到 2013 年底，他们确定他们的结果并非偶然的统计噪声。
对希格斯玻色子的搜寻结束了。但科学家发现了一个粒子——或任何其他东西——并不意味着他们就了解它的所有性质。
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在发现希格斯玻色子之前的几十年里，理论物理学家们预测了它的许多性质。如果这些理论预测与科学家最终发现的吻合得很好，那么这将是希格斯玻色子符合现代粒子物理学理论——即所谓的标准模型——的进一步证据。这将有助于科学家们更多地了解宇宙在最微小尺度上的运行方式。
然而，科学家们试图研究那些并不轻易显露自身的事物。像希格斯玻色子这样的粒子，除了体积微小之外，可能只在极短的时间内显现，然后就会衰变成一堆其他粒子。
“希格斯玻色子的寿命非常短，”Vernieri 说。“所以在我们的实验中产生希格斯玻色子时，我们实际上并没有真正测量到希格斯玻色子，也看不到希格斯玻色子，而是看到它衰变成其他粒子的‘残骸’……”
因此，CMS 的科学家们仔细研究了 LHC 在 2015 年至 2018 年期间进行的实验数据。通过观察希格斯玻色子衰变成的粒子，他们可以回溯并找到希格斯玻色子可能具有的质量范围。由于量子原理中的不确定性原理，这个范围与粒子的寿命成反比——从而允许物理学家从前者计算出后者。
根据他们的计算，希格斯玻色子的寿命在 1.2 x 10-22 秒到 4.4 x 10-22 秒之间。这是迄今为止对希格斯玻色子寿命最精确的估计，与理论家预测的 1.6 x 10-22 秒的数值非常吻合。
然而，对于某些物理学而言，这还不够精确。
例如，有一种可能性是，希格斯玻色子会衰变成一种奇异的、目前未知的奇异粒子，而标准模型并未将其考虑在内。这将影响希格斯玻色子的寿命——但影响如此之小，以至于即使是这项计算也无法检测到。
“这将是寿命值的一个非常非常小的变化，”Vernieri 说。“所以我们确实需要非常精确地测量寿命。”
幸运的是，粒子物理学家认为他们可以在这方面做得更好。“随着未来 LHC 运行数据的积累和新的分析思路，测量精度预计将在未来几年得到提高，”CMS 的物理学家 Pascal Vanlaer 在一份声明中说。
根据计划，下一次运行中的第一次运行并不遥远。自 2018 年以来，LHC 一直处于名为“长停工 2”的长时间关闭状态。在此期间，对粒子对撞机和欧洲核子研究组织周边设施进行了一系列升级。由于 COVID-19 导致时间表受到干扰，该粒子对撞机目前定于 2022 年 2 月重新启动。
而且，关于希格斯玻色子，我们仍然有许多未知之处——从它是如何产生的，到它如何与其他粒子反应，再到它如何与自身相互作用。要确定这些特性，即使是 LHC 也可能不够灵敏。
“我们在 LHC 每次十亿次碰撞中才会产生一个希格斯玻色子，”Vernieri 说，而且，很多时候，试图看到希格斯玻色子意味着需要在一大片其他粒子中搜寻。“这是一个非常具有挑战性的环境，很难精确地研究粒子产生。”
Vernieri 说，关键将是拥有一个更清洁的环境来更高精度地研究希格斯玻色子。也许，那将是 LHC 的一个拟议的后续项目的任务。
