Radiative Higgs decay to
本文计算了希格斯玻色子辐射衰变为 介子和光子的分支比，预测标准模型的值约为 ，若粲夸克的希格斯-汤川耦合发生修正，该值可能增加至 。
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在亚原子世界的深处，被称为夸克的粒子结合在一起，形成了构成我们物理现实的质子和中子。在这些粒子中，粲夸克是一种更重、更不稳定的“表亲”，它很少单独出现，通常隐藏在被称为介子的短寿命粒子内部。几十年来，物理学家一直在研究这些粒子的相互作用方式，但一种更新、更神秘的物质类别已经浮出水面：奇异四夸克态。这些不是简单的夸克对，而是包含四个夸克并结合在一起、表现得像单个粒子的复杂结构。其中一个候选者名为 ，它让科学家感到困惑，因为其内部结构仍不明确——它可能是一个由另外两个粒子组成的松散分子，也可能是一个紧密堆积的四夸克簇。准确理解这种粒子究竟是什么，以及它是如何形成的，为观察维系宇宙的基本力提供了一个罕见的窗口。
这一谜团的核心在于希格斯玻色子，这是一种在2012年被发现的、赋予其他粒子质量的粒子。物理学家一直在寻找希格斯玻色子与不同类型物质相互作用的方法，特别是与粲夸克的相互作用。当希格斯玻色子衰变为一种光子（一种光粒子）和一个重夸克-反夸克对时，如果该对立即形成一个已知的粒子（如 介子），科学家就可以通过测量这一过程来了解希格斯与粲之间的连接强度。然而， 则不同。由于它是一种奇异的四夸克态，关于希格斯如何产生它的标准规则尚不完全明确。这种不确定性使得希格斯衰变为 和一个光子的过程成为了一个困难但极具回报的谜题。
在最近的一项研究中，研究人员试图计算这一特定事件发生的频率：即一个希格斯玻色子转变为 和一个光子。由于使用的是来自粒子加速器的数据，研究团队面临着重大挑战。虽然他们知道希格斯如何产生一个简单的粲-反粲对，但他们并不知道该对如何重新排列组合成复杂的 。为了弥补这一差距，科学家们提出了一种实用的方法。他们并没有尝试从头开始模拟四夸克态复杂的内部动力学，而是利用了 本身的一个可测量属性：它衰变为电子和正电子的频率。这种“轻子耦合”充当了一个数据驱动的探针，使他们能够估算出希格斯成功产生这种奇异态的可能性。这是一种利用已知粒子行为来推测其诞生方式的方法。
计算结果显示，这种衰变极其罕见。在标准模型中，希格斯玻色子衰变为 和一个光子的概率大约是千万分之五。研究人员发现，该过程由一种“间接”机制主导，即希格斯首先转变为两个光子，其中一个光子随后转化为 。第二种“直接”机制（即希格斯直接产生粲夸克）所占比例较小，但它对希格斯与粲相互作用的具体强度非常敏感。由于目前 衰变为电子的测量结果存在较大的误差范围，因此对希格斯衰变率的最终预测也带有广泛的不确定性。研究团队估计，取决于电子衰变测量的精确值，该速率可能低至零，或高至接近千万分之十。
这项研究还探讨了如果物理定律与我们目前的理解略有不同会发生什么。如果希格斯与粲夸克的连接比预测的更强，或者具有不同的符号，这种衰变率可能会发生剧烈变化。研究人员表明，如果相互作用强度是标准值的三倍且符号相反，衰变率可能会翻倍。这种敏感性意味着，如果未来大型强子对撞机的实验能够测量到这种罕见事件，它们要么能证实标准模型，要么能揭示新物理学。目前，尚未观测到此类衰变，现有实验设定的极限仍远高于预测的速率。然而，随着即将到来的大型强子对撞机“高亮度”升级计划（该计划将产生数十亿个希格斯玻色子），探测此类罕见事件的统计能力将会显著提升。
最终，这项工作为如何搜索希格斯玻色子与奇异物质的相互作用提供了路线图。通过利用已知的 属性来估算未知量，研究人员创建了一个实用的工具。虽然当前数据的这种不确定性阻碍了确定性的预测，但该方法本身是稳健的。随着 BESIII 和 Belle II 等设施的实验进一步完善对 属性的测量，不确定性将会缩小，预测也会变得更加精准。在此之前，探索仍在继续，依靠下一代对撞机的大规模数据集，去捕捉希格斯玻色子转化为自然界最神秘粒子之一的瞬间。
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