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百乐门棋牌ATLAS实验首次观测到Higgs粒子最主要的

作者: 产品评测  发布:2019-12-16

从2011年至今,历时七年多,实验结果的信号显著性从刚开始不到0.5倍标准偏差提高到现在5.4倍标准偏差。下图展示的是不同时期ATLAS实验得到的H→bb研究结果,其中红色直方图为Higgs粒子衰变到底夸克对的信号。

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

ATLAS合作组正式论文:

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(物理学院 科学技术处)

ATLAS简报:http://atlas.cern/updates/physics-briefing/higgs-observed-decaying-b-quarks

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。

在学校和物理学院领导的大力支持下,南京大学粒子物理实验团队于2017年以来得到快速发展。参加ATLAS实验的在职教师人数从1人增加到4人,并已从国内外各招聘了两名博士后,团队研究实力显著增强。2018年,新引进的金山教授主持,南京大学牵头承担了“ATLAS实验Run-2数据物理分析”国家重点研发项目,参加单位包括全体ATLAS中国组6个单位(包括南京大学、中科院高能所、中国科技大学、山东大学、上海交大和清华大学)。南京大学粒子物理实验团队将在ATLAS实验的Higgs粒子性质测量和超出标准模型的新物理寻找等粒子物理前沿热点研究中取得更多重要物理成果。

英国卫报:https://www.theguardian.com/science/life-and-physics/2017/jul/17/getting-to-the-bottom-of-the-higgs-boson

百乐门棋牌,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)

陈申见教授课题组的博士生张雷,在2011年博士毕业后就加入了ATLAS实验,从事Higgs粒子衰变到底夸克的寻找。课题组还与台北中央研究院联合培养博士研究生王超和王蔚。王超博士在2012年开始作为实验精度最高的“Higgs 协同Z粒子产生(Z粒子衰变到中微子)子课题组”的主力,参与了基于ATLAS一期实验数据的Hbb过程的研究,于2016年获得博士学位。在读博士生王蔚,从2014年起参与基于ATLAS二期实验数据的Hbb过程的研究,对分析方案的优化,以及关键的底夸克喷注标定和电子学触发选择等方面做出了重要贡献,并担任了内部支持文档的撰稿人。从2012年至今,历时五年多,实验结果的信号显著性从2012年不到0.5倍标准偏差改进到现在3.6倍标准偏差。下图展示的是底夸克对不变质量谱,从中可以观察到Higgs粒子衰变到底夸克对的共振峰信号,同时,也可以看到已知的 Z玻色子衰变到底夸克对的过程,这是Higgs粒子衰变到底夸克对研究的一个关键验证。

希格斯粒子决定了构成自然界的基本粒子最重要的属性—质量。因此希格斯粒子也被称“上帝粒子”。不同于电磁、弱、强和引力这四种自然界常见的基本相互作用力,Higgs粒子与夸克等费米子的相互作用力被称为汤川耦合(Yukawa coupling),是一种全新的基本相互作用力。理论计算表明,希格斯粒子衰变到底夸克对占希格斯粒子总衰变约60%,是希格斯粒子最主要的衰变过程。寻找和测量H→bb过程,对于理解希格斯粒子与费米子的汤川耦合,以及约束和测量希格斯粒子性质至关重要。然而2012年在玻色子末态发现希格斯粒子后的数年时间内,H→bb过程一直未被观测到。其原因在于,大型强子对撞机上含有底夸克对的本底过程非常高,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。

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)。

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