希格斯玻色子的理論預測可以追溯到1964年，當時有三個獨立的團隊提出了一種機制，可以解釋為什么一些基本粒子具有質(zhì)量，這種機制被稱為希格斯機制。但是，要驗證希格斯機制是否正確，就需要觀察到希格斯場的量子化表現(xiàn)，即希格斯玻色子。然而，由于希格斯玻色子非常不穩(wěn)定，很難直接觀測到。物理學家們只能通過高能粒子對撞機來產(chǎn)生希格斯玻色子，并且通過分析其衰變產(chǎn)物來推斷其存在和性質(zhì)。這需要非常復雜和精密的實驗設(shè)備和數(shù)據(jù)處理技術(shù)。

尋找希格斯玻色子是物理學家們長期以來的夢想和挑戰(zhàn)。在過去幾十年里，人們利用不同的粒子對撞機進行了多次嘗試，但都沒有成功。直到2012年，在歐洲核子研究中心的大型強子對撞機上，兩個主要的探測器實驗組（CMS和ATLAS）宣布了一個歷史性的發(fā)現(xiàn)：他們探測到了一個新粒子，其質(zhì)量約為125-126 GeV，并且具有希格斯玻色子的預期特征。這一發(fā)現(xiàn)被認為是物理學最重大的突破之一，為標準模型提供了強有力的支持，也為探索新物理開啟了新的可能性。

那么，這個新粒子是如何被發(fā)現(xiàn)的呢？首先，我們需要知道希格斯玻色子的產(chǎn)生和衰變方式。在大型強子對撞機中，兩束高速運動的質(zhì)子對撞在一起，產(chǎn)生極高的能量和溫度。在這些對撞事件中，有很小的概率會產(chǎn)生希格斯玻色子。但是，希格斯玻色子非常不穩(wěn)定，它會在很短的時間內(nèi)衰變成其他粒子。根據(jù)標準模型的理論預測，希格斯玻色子有多種可能的衰變模式，其中最常見的幾種是：

• 希格斯玻色子衰變成兩個光子

• 希格斯玻色子衰變成兩個W玻色子

• 希格斯玻色子衰變成兩個Z玻色子

• 希格斯玻色子衰變成兩個底夸克

• 希格斯玻色子衰變成兩個τ輕子

每種衰變模式都有一個特定的分支比（branching ratio），表示該模式發(fā)生的概率。例如，希格斯玻色子衰變成兩個光子的分支比約為0.2%，而衰變成兩個W玻色子的分支比約為21%。

不同的衰變模式有不同的優(yōu)缺點。例如，一些衰變模式比較容易被探測器識別，因為它們產(chǎn)生的粒子是干凈和明顯的信號。例如，光子和輕子都是不受強相互作用影響的粒子，它們可以直接到達探測器，并且留下清晰的徑跡。另一方面，有一些模式它發(fā)生的概率會比較高。

因此，在尋找希格斯玻色子時，物理學家們需要綜合考慮不同衰變模式的分支比、信噪比、背景抑制等因素，以選擇最合適和最敏感的分析通道。在2012年的發(fā)現(xiàn)中，CMS和ATLAS實驗組主要利用了以下四種分析通道：

• 希格斯玻色子衰變成兩個光子（H→γγ）

• 希格斯玻色子衰變成四個輕子（H→ZZ→4l）

• 希格斯玻色子衰變成兩個W玻色子（H→WW）

• 希格斯玻色子衰變成兩個底夸克（H→bb）

這四種分析通道都有各自的優(yōu)勢和難點。H→γγ通道的優(yōu)勢是兩個光子的能量和角度可以很精確地測量，從而可以重建出希格斯玻色子的質(zhì)量。而且，這個通道對希格斯玻色子的自旋和宇稱也很敏感，可以用來檢驗希格斯玻色子是否是標量粒子。但是，這個通道的分支比很小，只有0.2%，而且背景噪聲很大，主要來自于其他過程產(chǎn)生的兩個光子。因此，這個通道需要非常高的統(tǒng)計顯著性才能發(fā)現(xiàn)信號。

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H→ZZ→4l通道的優(yōu)勢是四個輕子（電子或μ子）也可以很精確地測量，從而可以重建出希格斯玻色子的質(zhì)量。而且，這個通道的背景噪聲很小，因此這個通道也可以提供非常清晰和顯著的信號。但是，這個通道的分支比也很小，只有0.01%，而且需要四個輕子都能被探測器有效地識別和重建。

H→WW通道的優(yōu)勢是分支比較大，約為21%，而且W玻色子可以衰變成輕子或噴射，從而提供不同的衰變模式。但是，這個通道的難點是W玻色子衰變成輕子時會伴隨著一個中微子，中微子是一種不帶電荷、不參與強相互作用、質(zhì)量極小的粒子，它幾乎不與探測器發(fā)生相互作用，因此無法直接測量。中微子只能通過缺失能量來推斷其存在和性質(zhì)。但是，缺失能量也可能來自于其他來源，如儀器效應(yīng)、噴射誤差等。因此，這個通道需要非常復雜和精細的數(shù)據(jù)分析方法才能提取出信號。

H→bb通道的優(yōu)勢是分支比最大，約為58%，而且底夸克是已知最重的夸克之一，它與希格斯場有較強的耦合強度。但是，這個通道的難點是底夸克會形成噴射，并且與其他來源的噴射混淆在一起。因此，這個通道需要非常高效和準確的噴射鑒別（jet tagging）技術(shù)才能區(qū)分出底夸克噴射和其他噴射。

在2012年7月4日之前，CMS和ATLAS實驗組已經(jīng)收集了上千次碰撞的數(shù)據(jù)，并且對不同的分析通道進行了統(tǒng)計學處理和組合。他們發(fā)現(xiàn)，在125-126 GeV附近有一個明顯的信號超出了背景噪聲水平，并且達到了5σ以上的統(tǒng)計顯著性。5σ意味著這個信號是非?？尚诺?，其出現(xiàn)的概率小于1/350萬。這個信號在不同的分析通道中都有一致的表現(xiàn)，并且與希格斯玻色子的預期特征相符。因此，他們宣布了一個新粒子的發(fā)現(xiàn)，并且初步認為它是希格斯玻色子。