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山大参与的ATLAS实验首次观察到希格斯粒子伴随顶夸克对的产生过程

发布日期:2018年06月29日 16:51 点击次数:

[本站讯]近日,ATLAS合作组在大型强子对撞机物理国际研讨会上宣布发现了希格斯粒子伴随顶夸克对的产生过程(ttH,信号显著性达6.3倍的标准偏差),CMS合作组也报道发现了5.2倍标准偏差的ttH信号,同时欧洲核子研究中心也召开了该发现的媒体发布会。实验上发现该稀有过程的产生信号,可检验标准模型中希格斯机制的关键参数,是高能物理领域一个重要的里程碑,具有重要的科学意义。

大型强子对撞机(LHC)上希格斯粒子有四种主要产生过程:胶子胶子融合过程、矢量玻色子融合过程、伴随矢量玻色子产生过程以及伴随顶夸克对的产生过程。ttH是这四种产生模式中唯一和费米子直接耦合的过程,其产生截面仅占总产生截面的1%左右,是LHC实验分析上最具挑战的分析之一。ATLAS实验综合了多个希格斯粒子衰变末态的分析结果,联合统计分析观测到6.3倍标准偏差的ttH信号(见图1),分析结果已经投到Phys. Lett. B (arXiv:1806.00425)。此次实验结果是实验上首次直接观察到希格斯粒子和顶夸克耦合的证据(顶夸克是目前已知最重的基本粒子,质量为173 GeV)。

山东大学ATLAS工作组从上世纪末参加ATLAS实验,在ATLAS实验探测器建设、模拟研究和物理分析工作中已作出系列显著贡献。在希格斯伴随顶夸克对产生的研究工作中,马连良、冯存峰和张学尧教授的研究生王超、杨轩、李直等同学,利用多个分析末态来寻找ttH的信号,包括双轻子末态、三轻子末态、和双轻子加一个强衰变的陶轻子末态(图2,其候选事例在ATLAS探测器中显示图),并在研究中作出显著贡献:分析框架的编写、事例选择优化研究、多变量数据分析和首次利用矩阵元方法针对三轻子末态的非直生轻子本底过程的估计等。

山东大学ATLAS组的ttH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:ATLAS实验利用希格斯粒子不同衰变末态寻找ttH产生过程的结果:Hàγγ和ZZ的分析使用了79.8 fb-1,而Hàbb和multilepton分析使用了36.1fb-1的13 TeV实验数据。图中黑点显示结果的是测量的ttH截面与理论预期的截面的比值,红色竖线的灰色区间代表理论计算的误差.

图2:ATLAS数据中观测到的ttH一个候选事例:双轻子加一个强衰变的陶轻子。图中红色径迹代表缪子,绿色径迹代表电子,黄色圆锥代表陶子,蓝色圆锥为底夸克喷注,而灰色为其他类型喷注。


【作者:马连良            来自:物理学院    责任编辑:亭亭  】

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