希格斯玻色子對生成候選事件的事件展示。(圖片：CERN)
自2012年CMS和ATLAS實驗團隊宣布發現希格斯玻色子以來，科學家們一直在以更高的精度測量其質量和與其他粒子的相互作用。近日，CMS實驗團隊發布了一項新研究成果，該成果聚焦于希格斯玻色子與自身的相互作用，這一研究可能為物理學家揭示宇宙穩定性的關鍵線索。
為了探究希格斯玻色子與自身的相互作用，物理學家們尋找了一個比產生一個希格斯玻色子更為罕見的現象——雙希格斯玻色子的產生。在一項利用大型強子對撞機(LHC)第2次運行中高能質子-質子碰撞數據的研究中，CMS實驗團隊發布了其對雙希格斯玻色子產生的最新搜索結果，并給出了其產生率的限制。
雙希格斯玻色子主要有兩種形成方式。第一種是膠子-膠子聚變，即碰撞質子內的膠子相互作用產生希格斯玻色子。這一過程使科學家能夠研究一個中間態和兩個最終態希格斯玻色子之間的相互作用。第二種方式涉及碰撞質子內的夸克，它們輻射出兩個矢量玻色子，這些矢量玻色子隨后相互作用形成希格斯玻色子，從而可以研究兩個希格斯玻色子和兩個矢量玻色子之間的相互作用。
CMS的物理學家通過尋找雙希格斯粒子衰變的多種方式進行了最新分析。這些最終狀態包括希格斯玻色子對衰變為底夸克、W玻色子、τ輕子和光子。通過結合這些搜索并使用復雜的分析技術，如增強決策樹和深度神經網絡，同時分析所有數據，CMS合作團隊能夠提取比以往更多的信息。
這項研究使物理學家能夠以95%的置信水平確定希格斯玻色子對生成率的上限。目前測量的上限是標準模型對雙希格斯粒子總生成率預期值的3.5倍，是標準模型對通過融合矢量玻色子生成希格斯玻色子預期值的79倍。
隨著LHC第三次數據采集時代的到來，CMS實驗團隊已經翻了一番收集的數據量，并正在對這些數據進行分析。測量希格斯玻色子自相互作用最有趣的前景之一是即將投入使用的高亮度LHC(HL-LHC)，計劃于2030年開始運行。在這個新階段，加速器將為CMS提供對撞機有史以來的最高亮度。考慮到亮度預測和系統不確定性，科學家估計，他們可能會在HL-LHC運行期間的前半段開始看到雙希格斯粒子產生的第一個證據。CMS合作團隊期待進一步探索這一罕見而令人興奮的現象，為揭示宇宙穩定性提供新的線索。
