环形正负电子对撞机：物理、技术以及现状( 三 ) 作者：靳松娄

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图1(a)标准模型基本组分粒子；(b)标准模型粒子之间的相互作用

2Higgs粒子工厂：强子Vs正负电子，直线Vs环形

为了探索亚原子级乃至更小的结构，我们需要借助粒子加速器。加速器把微观粒子加速到越来越高的能量，以此来探索越来越小的结构。为了记录加速器所产生的关键信息，人们通过粒子探测器来测量并记录末态粒子的能量、动量、种类信息。有些粒子物理实验是不需要加速器的，比如宇宙线实验(地面、高空、太空)、部分中微子实验等等，但所有的实验都需要探测器。

为精确测量Higgs粒子性质，我们需要Higgs粒子工厂。发现了Higgs粒子的大型强子对撞机(LHC ，图2)本身就是强有力的Higgs粒子工厂。时至今日， LHC已生产了数以千万计的Higgs粒子，而其高亮度升级计划(HL-LHC)则将带来数以亿计的Higgs粒子。另一方面，由于LHC的对撞粒子——质子参与强相互作用，质子—质子的反应截面非常大，这意味着LHC上的本底噪声水平非常高。事实上，在100亿个质子—质子的对撞事例中只能产生一个Higgs粒子。极高的本底水平导致LHC上产生的99%以上的Higgs粒子事例无法被甄别记录。同时，在标准模型看来，质子并不是基本粒子，而是由夸克—胶子等成分组成的复杂系统，这意味着对撞的初态难以准确确定，也意味着难以控制的理论误差。这些不利因素，使得LHC难以进行Higgs粒子性质的精确测量。模拟研究表明，在高亮度升级的情况下， LHC可将Higgs粒子性质测量测到5%—10%的极限相对精度。通过LHC上已经产生的Higgs粒子事例，人们初步确定Higgs粒子的性质基本同标准模型预言相吻合。这也意味着，我们需要在更高的精确度下对Higgs粒子性质进行测量。