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山东大学前沿交叉科学青岛研究院参与的ATLAS实验首次发现希格斯粒子最主要衰变过程

发布日期:2018年12月27日 18:06 点击次数:

[本站讯]近期,ATLAS实验在2018年的高能物理大会上宣布发现了希格斯粒子衰变到正反底夸克对的过程,信号显著性达到5.4倍标准偏差,即统计上来讲由本底噪声导致的概率小于千万分之一。这是世界上首次观测到希格斯粒子衰变到正反底夸克对过程,也是自2012年发现希格斯粒子以来,LHC实验最重要的物理成果之一,该物理结果已于2018年11月10日正式发表到Phys. Lett.B786 (2018) 59-86。山东大学马连良教授领导的研究团队在这一重大成果中作出重要直接贡献,博士生马延辉先后代表ATLAS 合作组在11月份的Higgs Couplings 2018国际会议和12月份的第四届中国LHC物理会议上报告了该重要结果。

希格斯粒子解释了自然界中物质的质量起源问题,而希格斯粒子与夸克等费米子的相互作用力是通过汤川耦合(Yukawa coupling)机制而引入的,很有可能代表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正反底夸克对(H→bb)占希格斯粒子总衰变的58%,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,以及测量希格斯粒子性质至关重要。虽然希格斯粒子在2012年就被发现(基于三个双玻色子末态发现),但H→bb过程直到2018年才被发现。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(图1所示),在如此巨大的本底中找出该信号是一项极具挑战性的任务。

山东大学前沿交叉科学青岛研究院粒子科学技术研究中心马连良教授自2010取数之初就参加了ATLAS实验上首次开展的VH, Hàbb的物理分析(发表于Phys. Lett. B 718 (2012) 369-390);除了开展该分析的事例选择外,还独自负责了Hàbb的第一篇期刊文章的物理结果的统计分析,并为希格斯粒子发现文章提供了Hàbb的统计结果。他自2013年到山东大学工作后,带领团队成员博士后Remi Zaidan和Mario Jose,博士研究生马延辉、徐钟煜坤和李通在最终发现希格斯粒子衰变到正反底夸克对末态作出主要贡献,具体包括样本产生、QCD本底的估计、事例分析的优化、WH过程分析的物理结果产生以及所有VH物理结果的联合统计分析等。马延辉代表分析团队在ATLAS希格斯工作组的评审作了两次报告,并担任分析文献的编辑。马连良教授、Mario Jose和马延辉先后代表ATLAS合作组在国际会议上作相关学术报告(见附录)。

山东大学Hàbb的研究工作得到了科技部973计划、国家自然科学基金委国际合作与交流基金项目以及面上基金、中组部“青年千人计划”基金和山东省杰出青年基金的资助。

图1,上图显示在所有信号区间所观察到事例中正反底夸克对的不变质量谱的分布,其中带误差棒的实点是实验数据,红色是信号事例,而其他颜色为来自不同的本底过程;下图为实验数据中扣除所有本底事例后的信号事例。

相关链接:

山东大学参与的ATLAS实验首次观察到希格斯粒子伴随顶夸克对的产生过程

ATLAS正式发表文章

杂志期刊Phys. Lett. B 786 (2018) 59-86:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0370269318307056?via=ihub

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

ATLAS合作组简报

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

山东大学代表ATLAS合作组所做的关于该研究课题的报告

Higgs Couplings 2017(报告链接

Higgs Couplings 2018(报告链接)

QCD@LHC 2018(报告链接

第四届中国LHC物理会议(报告链接


【供稿单位:前沿院    作者:尹娜             编辑:新闻中心总编室    责任编辑:陈丽荣 张丹丹  】

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