中國科大首次在ATLAS實驗中確立希格斯玻色子衰變到正反繆子對的實驗證據
位于歐洲核子中心（CERN）大型強子對撞機（LHC）上的ATLAS實驗近期在國際著名學術期刊《物理評論快報》（Physical Review Letters）上發表了尋找希格斯玻色子衰變到正反繆子對（H→μ+μ-）過程的實驗研究（Phys. Rev. Lett. 135 (2025) 231802），并獲得編輯推薦（Editors’ Suggestion）及美國物理學會Viewpoint專門報道。該項工作是繼CMS實驗之后，首次在ATLAS實驗中獨立確立了H→μ+μ-這一稀有過程存在的實驗證據（evidence），是探索基本粒子質量起源的又一個里程碑式成就。
目前已知的組成物質的最小單元是帶電的基本費米子（以下簡稱費米子），它們可分為三代。第一代費米子包括電子以及上、下夸克。他們組成各種原子（元素），構成宇宙中絕大部分已知物質形態。第二代與第三代費米子性質與第一代相似，但質量更重且極不穩定，僅能在實驗室或宇宙線等極端環境中被短暫制造出來。根據描述基本粒子的標準模型理論，費米子的質量是通過與遍布整個宇宙的希格斯場相互作用獲得的。但是這一關鍵的理論預言目前僅在最重的第三代費米子上得到了驗證，而較輕的第二代乃止第一代費米子質量是否起源于希格斯場仍未得到實驗的直接證實。繆子屬于第二代費米子，如果能找到希格斯玻色子衰變到正反繆子對這一過程，科學家就可以確認繆子的質量同樣來自于與希格斯場的相互作用。然而，這一過程極為稀有。根據理論測算，LHC在13萬億電子伏（TeV）的質心系能量下每進行十萬億次質子-質子對撞，才能產生一個H→μ+μ-事例。
中國科大ATLAS實驗團隊利用正在進行的三期運行（Run 3）中采集的質心系能量為13.6TeV的質子-質子碰撞數據，并聯合二期13 TeV運行（Run 2）數據，首次在ATLAS實驗中以3.4倍標準差的水平確認了H→μ+μ-存在的實驗證據。在這項工作中，中國科大團隊參與了繆子的動量精細刻度，搭建了完整的數據分析框架，并探索了多種提升H→μ+μ-信號敏感度的可能方向，最終采用機器學習方法實現了敏感度最優的矢量玻色子聚合與膠子-膠子聚合產生道的信號與本底區分。此外，團隊成員還推動合作組產生了高達50億的高精度本底模擬樣本，并承擔了本底與數據建模，為從為海量本底事例中精細分離出稀有的H→μ+μ-信號創造了條件。在此基礎之上，團隊還負責完成了系統誤差計算及最終結果的產生。
圖1：ATLAS實驗從數據中提取出的H→μ+μ-信號（紅色）
論文主要完成人為我校研究生田純浩、劉子瑞、冶新萌（指導教師趙政國院士）、伊合山·木沙江（指導教師楊洪洮特任教授）、丁玥心（指導教師徐來林特任教授）、馬文昊（指導教師韓良教授）。其中伊合山·木沙江與田純浩還擔任實驗內部文檔編輯（internal note editor），并分別代表分析團隊完成了揭盲（unblinding approval）與審閱（approval）報告。楊洪洮特任教授擔任本項工作的負責人（analysis contact），現擔任ATLAS實驗希格斯與雙希格斯物理工作組負責人（convener）。此外，吳雨生教授團隊在二期數據的分析工作中做出了重要貢獻。特別值得指出的是，以趙政國院士為代表的中國科大團隊在ATLAS實驗繆子譜儀的建造、一期（Phase-I）升級與二期（Phase-II）升級中均發揮了關鍵作用，為當前及未來ATLAS實驗以H→μ+μ-為代表的繆子相關物理研究提供了堅實支撐。
中國科大ATLAS實驗組是趙政國院士領導下的一支具有相當規模和凝聚力的穩定團隊，目前包括16名教授副教授，2名特任副研究員，6名博士后，近30名博士和碩士研究生。科大組成員負責或參與探測器建造、運行維護及性能研究、觸發優化、末態重建性能的標定，以及廣泛的物理研究。在標準模型的精確檢驗和測量、希格斯粒子的發現和性質研究，以及超出標準模型的新物理的直接尋找的物理研究中，取得了多個以科大組為主導并得到ATLAS國際合作組高度評價的重要物理結果。
論文鏈接：https://atlas.web.cern.ch/Atlas/GROUPS/PHYSICS/PAPERS/HIGP-2024-11/
APS Viewpoint：https://physics.aps.org/articles/v18/190
（物理學院、科研部）
本文鏈接：http://knowith.com/news-1-13584.html中國科大首次在ATLAS實驗中確立希格斯玻色子衰變到正反繆子對的實驗證據
聲明：本網頁內容由互聯網博主自發貢獻，不代表本站觀點，本站不承擔任何法律責任。天上不會到餡餅，請大家謹防詐騙！若有侵權等問題請及時與本網聯系，我們將在第一時間刪除處理。
