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ATLAS实验首次发现Higgs粒子最主要的衰变过程

文章作者:产品测评 上传时间:2019-11-17

(物理学院 科学技术处)

ATLAS简报:http://atlas.cern/updates/physics-briefing/first-lhc-sighting-higgs-boson-its-favourite-decay

图:底夸克对不变质量谱。黑点为扣除本底后的实验数据点,红色直方图是 H→bb 信号,灰色直方图是 Z→bb 过程。左上图为2011年实验数据结果,右上图为2012年实验数据结果,左下图为2015-2016年数据结果,右下图为2015-2017年实验数据结果。(图片来自: ATLAS 合作组/CERN)

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图:扣除本底后的实验数据点,显示了 H→bb 信号和作为重要验证的 Z→bb 过程。(图片来自: ATLAS 合作组/CERN)

https://atlas.web.cern.ch/Atlas/GROUPS/PHYSICS/CONFNOTES/ATLAS-CONF-2018-036/

在粒子物理学的标准模型理论中,Higgs粒子与所有有质量的基本粒子耦合,负责这些基本粒子的质量起源,因此又称“上帝粒子”。标准模型预计,近六成的Higgs粒子会衰变到底夸克对,是Higgs粒子的首要衰变过程,因此Hbb过程对于测量Higgs粒子的寿命进而了解其性质至关重要。然而2012年发现Higgs粒子后的数年时间内,该过程一直未被观测到,其原因在于,在大型强子对撞机上Hbb信号过程很难同其他本底过程相区分,本底噪声是信号的一千万倍。在如此巨大的本底噪声中找出信号是一项极具挑战性的任务。为了解决这一问题,科学家们在Higgs粒子与W或Z粒子同时产生的过程中寻找Higgs粒子衰变到底夸克,利用W或Z粒子衰变产生的轻子和中微子导致的丢失横动量以区分信号和其他本底过程。经过历时五年多的努力,ATLAS实验终于观测到了这一重要的物理过程。在7月份的 EPS-HEP会议上报道了该实验结果后,立刻引起广泛关注,被选为本次会议最重要的结果(Highlight)。

https://atlas.web.cern.ch/Atlas/GROUPS/PHYSICS/PAPERS/HIGG-2016-29/

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在今年7月5-12日于意大利威尼斯举行的欧洲物理学会高能物理分会上,欧洲核子研究中心大型强子对撞机上的ATLAS实验宣布观测到Higgs粒子衰变到底夸克对的过程。结合 2011至2016年共两期质子质子对撞数据, 观测到的信号显著性为 3.6倍标准偏差,即统计学上该信号是本底噪声的概率几乎只是万分之一。这是2012年发现Higgs粒子以来,LHC实验最重要的物理成果之一。南京大学陈申见教授课题组是最早参与Hbb研究的中国团队,是该物理分析过程的核心成员。

http://atlas.web.cern.ch/Atlas/GROUPS/PHYSICS/PAPERS/HIGG-2013-23/

ATLAS合作组正式论文:https://atlas.web.cern.ch/Atlas/GROUPS/PHYSICS/PAPERS/HIGG-2016-29/

2011年,南京大学陈申见教授课题组和台北“中研院”联合开展了H→bb研究,是最早参与H→bb研究的中国团队。张雷教授在2011年于台北“中研院”做博士后期间开始参与H→bb的研究,作为ATLAS实验H→bb分析的核心成员,曾担任发表论文的通讯撰稿人(Contact Editor),底夸克鉴别的负责人,并代表分析团队在全合作组范围内做“批准 ”报告。期间,张雷协助指导陈申见教授课题组与台北“中研院”联合培养的博士生王超和王蔚。王超和王蔚同学分别从2012年和2014年开始参与ATLAS实验H→bb的研究,参加了实验精度最高的“Higgs 协同Z粒子产生(Z粒子衰变到中微子)” 子反应道的研究,负责了信号选择条件优化,本底估计,系统误差分析等工作。王蔚同学还曾担任内部支持文档的撰稿人(Supporting note Editor)。

本课题的工作得到自然科学基金重大国际合作与交流、基本粒子与相互作用协调创新中心、中国科学院卓越创新中心的资助。

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