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    《自然》雜志刊發CERN大型強子對撞機上ATLAS和CMS實驗組關于希格斯粒子的最新研究成果——高能所ATLAS和CMS團隊分別做出了關鍵性貢獻
    2022-07-04|文章來源:實驗物理中心 |【
     

      近日,歐洲核子研究中心(CERN)大型強子對撞機ATLAS和CMS實驗在《自然》雜志上首次發布基于全部Run2數據的希格斯粒子的聯合測量結果。這一結果是迄今為止希格斯粒子的最精確性質測量結果。在最新發表于《自然》的文章中,中科院高能所ATLAS和CMS兩支團隊分別做出了關鍵性的貢獻:黃燕萍青年特聘研究員帶領團隊主要完成了ATLAS希格斯性質聯合測量,其中團隊成員擔任分析聯系人,在合作組內做了分析結果的審核報告;陳明水研究員領導的高能所CMS組則主要完成了希格斯自耦合相關的最新聯合分析結果,王錦青年特聘研究員做了雙希格斯聯合分析的揭盲審核報告。高能所ATLAS組和CMS組合作主要完成利用單希格斯過程間接約束希格斯自耦合強度的支撐文檔,CMS組團隊成員擔任聯系人、撰稿人。ATLAS實驗組也另發布了基于單希格斯過程和雙希格斯過程的希格斯自耦合最新聯合研究結果,其中高能所ATLAS團隊也做出了關鍵性的貢獻。

      在描述微觀世界粒子物理的標準模型中,希格斯機制通過引入真空對稱性自發破缺,賦予基本粒子質量,預言希格斯粒子的存在并解釋了質量的起源。2012年7月4日,ATLAS和CMS實驗組利用大型對撞機上的質子對撞數據,同時宣布了希格斯粒子的發現。希格斯粒子作為標準模型最后被發現的粒子,對其性質的精確測量研究,被公認為是近幾十年高能物理實驗最重要的物理目標。 

      隨著LHC實驗的對撞能量和亮度的提升,在2015年至2018年的Run2取數期間,兩個實驗分別收集到近900萬希格斯事例,這為希格斯粒子性質更全面的測量提供了有力契機。經過LHC實驗十年的研究,粒子物理學家發現了更多的希格斯粒子衰變模式和新的耦合,并顯著提高了希格斯粒子各種性質的測量精度。如精確測量了它的質量和各種產生及衰變過程的產生截面,確定了它的自旋宇稱量子數,證明了希格斯粒子與頂夸克、底夸克、τ輕子和μ輕子的直接耦合,確立了希格斯機制在這些基本粒子質量起源中的作用。然而希格斯粒子本身的質量起源以及希格斯場的自相互作用屬性仍屬于未解之謎,基于希格斯自相互作用研究重建希格斯勢場的形式,從而驗證希格斯機制是否真正負責電弱對稱性的破缺,將對探索宇宙早期演化過程中電弱相變等產生深遠影響,是LHC及其升級乃至未來高能量前沿對撞機科學追求的首要目標之一。 

      高能所ATLAS和CMS組在國家自然科學基金委、科技部、高能所的支持下,參與探測器建造、運行維護及升級、數據處理、末態性能優化以及物理研究等。過去20多年,在陳和生院士等團隊負責人的領導下,高能所在探測器建造、升級及網格計算中做出了實質貢獻,直接參與了2012年希格斯粒子的發現這一重大實驗結果的研究,隨后組織團隊更全面地研究希格斯性質以檢驗標準模型并更好地理解真空對稱性破缺機制,取得了一批以高能所組為主的重要物理結果。 

      近年來,在高能所所長王貽芳的牽頭下,高能所提前布局,一方面協調ATLAS和CMS高能所團隊凝練了長期的核心科學目標為希格斯自相互作用研究,另一方面加強了為實現核心科學目標不可或缺的LHC加速器、探測器及計算等關鍵技術方面的研究,并于去年獲得了基金委高能量前沿粒子物理聯合研究基礎科學中心的支持,團隊已經在這些領域做出顯著貢獻。例如高能所帶領的中國團隊為LHC加速器升級項目成功研制的新型對撞區超導磁體,是確保未來對撞亮度相對LHC原設計指標提升5倍的關鍵一環;主導新型高顆粒度高時間分辨探測器項目的研制。 

      正負電子希格斯工廠可在LHC基礎上大幅提升人類對希格斯粒子及其背后物理的理解,被歐洲粒子物理戰略規劃等確定為最高優先級的未來大型對撞機項目。2012年希格斯粒子發現后,在王貽芳的帶領下,中國高能物理學界隨即提出環形正負電子對撞機(CEPC)項目,組織國內外科學家進行了大量物理和關鍵技術研究,于2018年完成了概念設計報告,預計2023年初完成技術設計報告,為項目開工建設做好技術層面的準備。 

      此次為慶祝希格斯粒子發現十周年,兩個實驗組同時發布了關于希格斯粒子的最新研究成果,是綜合了希格斯的眾多產生模式及衰變過程的分析結果。高能所CMS組也在希格斯衰變到雙光子末態、四輕子末態、ttH多輕子末態、ttH底夸克末態、不可見衰變末態,以及HH→bbgg 分析中分別做出了關鍵貢獻,高能所ATLAS組則在雙底夸克末態、雙光子末態、Zg末態,矢量玻色子融合產生過程以及HH→bbgg 分析中分別做出了關鍵貢獻。國內參與ATLAS、CMS實驗的其他單位也對多個相關物理分析做出重要貢獻。 

      相關文章鏈接:  

      The CMS Collaboration, “A portrait of the Higgs boson by the CMS experiment ten years after the discovery”, Nature 607,60-68 (2022).

      https://www.nature.com/articles/s41586-022-04892-x.pdf

      The Atlas Collaboration, “A detailed map of Higgs boson interactions by the ATLAS experiment ten years after the discovery”, Nature 607, 52–59 (2022).

      https://www.nature.com/articles/s41586-022-04893-w.pdf

      F. Monti et al., “Modelling of the single-Higgs simplified template cross-sections (STXS 1.2) for the determination of the Higgs boson trilinear self-coupling”, LHC Higgs Working Group public note LHCHWG-2022-002, 2022.

      https://cds.cern.ch/record/2803606/files/LHCHWG-2022-002_2.pdf

      The ATLAS Collaboration,“Constraining the Higgs boson self-coupling from single- and double-Higgs production with the ATLAS detector using pp collisions at sqrt(s)= 13 TeV”,ATLAS-CONF-2022-050

      https://atlas.web.cern.ch/Atlas/GROUPS/PHYSICS/CONFNOTES/ATLAS-CONF-2022-050/ATLAS-CONF-2022-050.pdf


     
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