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    2024年高能新聞
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    首次觀測到希格斯玻色子的稀有衰變H→Zγ跡象——高能所ATLAS和CMS團隊分別做出了關鍵性貢獻
    文章來源:實驗物理中心  2024-01-16
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    近日歐洲核子研究中心(CERN)大型強子對撞機(LHC)上的ATLASCMS實驗在《物理評論快報》雜志上發布基于全部Run2數據的首個實驗組聯合測量:觀測到希格斯玻色子衰變到末態稀有衰變的跡象[1]。

    中國科學院高能物理研究所ATLASCMS兩支團隊在這項研究中分別做出了關鍵性的貢獻。黃燕萍研究員從2013年就一直從事希格斯玻色子稀有衰變H→Zγ的尋找,帶領團隊主導完成了ATLAS實驗中最新的稀有衰變H→Zγ尋找[2],隨后促成ATLASCMS兩個團隊合作,完成了H→Zγ稀有衰變ATLAS-CMS的聯合尋找,團隊成員賀明旭作了審核報告,前團隊成員冉坤林(DESY Fellow)和韓碩(LBNL Fellow)分別擔任這個分析聯系人和編輯。陳明水研究員擔任LHC希格斯聯合分析組共同召集人,積極推動聯合測量研究,組織協調基礎科學中心團隊在其中做出了重要貢獻。此項成果是ATLASCMS基于Run2數據的首個希格斯聯合分析結果。

    圖一:希格斯玻色子衰變到末態的費曼圖

    2012ATLASCMS實驗組利用大型強子對撞機上的質子對撞數據,同時宣布了希格斯粒子的發現,這也是粒子物理的重要里程碑?;诟呓y計量的實驗數據,ATLASCMS分別研究希格斯粒子的不同產生和衰變過程,對希格斯粒子的性質進行全面測量,但仍有很多稀有衰變過程尚未得到實驗上的確認。希格斯粒子通過圈圖相互作用衰變到末態,如圖一所示,許多理論預言這個圈圖中可能存在新粒子,比如額外的無色帶電標量粒子、輕子或者矢量玻色子。因此H→Zγ過程的尋找對于理解Higgs參與的圈圖作用機制,檢驗標準模型,并探索可能的新物理都具有非常重要的意義。

    圖二:ATLASCMS聯合測量H→Zγ稀有衰變過程的質量譜

    在標準模型中,希格斯玻色子衰變到末態的幾率只有0.15%。結合這個過程的信噪比,當前的研究僅考慮了Z玻色子衰變到兩電子或者兩繆子末態,即大約一萬個希格斯粒子中僅有一個H→Zγ的信號事例。ATLASCMS合作組都充分利用H→Zγ這個信號的動力學特性,探測器的響應和屬性以及多變量分析技術來尋找H→Zγ稀有衰變過程[2][3]。圖二展示了ATLASCMS基于Run2數據對H→Zγ稀有過程尋找的首個聯合測量結果,觀測到希格斯玻色子衰變到末態稀有衰變的跡象,相應的統計顯著性為3.4倍標準偏差。

    1. Evidence for the Higgs boson decay to a Z boson and a photon at the LHC, PRL 132,021803(2024)
    2. A search for the Zy decay mode of the Higgs boson in pp collisions at √s=13TeV with the ATLAS detector, PLB 809 (2020) 135754
    3. Search for Higgs boson decays to a Z boson and a photon in proton-proton collision at √s=13TeV, JHEP 05 (2022)233

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