中國科大在稀有雙玻色子散射研究中取得重要進展

歐洲核子中心大型強子對撞機LHC上的ATLAS實驗組近期于Nature Physics雜志上在線發(fā)表了關(guān)于首次觀測到稀有ZZ雙玻色子散射過程的論文[1]，信號探測顯著度[*]是5.7σ。這次的發(fā)現(xiàn)是粒子物理標準模型電弱測量中的一個里程碑，對理解希格斯機制（電弱對稱性破缺機制）具有重要意義，獲得審稿人、國際同行的廣泛認可與報道。 O_F<VV*MFQ  
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希格斯玻色子在描述微觀世界的標準模型中扮演著舉足輕重的地位，基本粒子與希格斯場發(fā)生相互作用而獲得質(zhì)量。2012年在ATLAS和CMS實驗上的發(fā)現(xiàn)打開了希格斯物理之門。深入研究希格斯機制可以通過直接測量希格斯產(chǎn)生與衰變過程，也可以通過測量涉及希格斯粒子的電弱物理過程，如雙玻色子散射。ZZ雙玻色子散射是其中最為稀有的過程，發(fā)現(xiàn)該過程對精確檢驗標準模型以及間接尋找新物理現(xiàn)象有重要意義，并標志著雙玻色子散射研究進入了新階段。 >L&>B5)9  
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中國科大與山東大學(xué)，上海交通大學(xué)/李政道研究所，以及美國密歇根大學(xué)合作，在此次發(fā)現(xiàn)中扮演了核心角色。其中，我校吳雨生教授與山東大學(xué)李冰研究員（中國科大本科06級）擔任該物理分析的負責人，以及合作組文章通訊作者。在該工作中做出主要貢獻的我校博士生有陳婧（現(xiàn)上交博后），劉明依，王文驍，祝鶴齡，以及指導(dǎo)教師趙政國院士，劉建北教授。在該工作中，研究團隊利用機器學(xué)習(xí)大幅優(yōu)化信號探測靈敏度，細致驗證背景過程模擬準確度，積極應(yīng)用最前沿理論計算，并利用統(tǒng)計方法結(jié)合不同衰變道，最終首次發(fā)現(xiàn)ZZ雙玻色子散射過程。圖一展示了該過程的一個代表性事例在探測器中的重建結(jié)果，圖二給出信號區(qū)域與控制區(qū)域中信號與本底過程的分布。 <-}6X  
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中國科大ATLAS實驗組是趙政國院士領(lǐng)導(dǎo)下的一支具有相當規(guī)模和凝聚力的穩(wěn)定團隊，目前包括11名教授副教授，2名特任副研究員，3名博士后，近30名博士和碩士研究生。中國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(fā)優(yōu)化、末態(tài)重建性能的標定，和廣泛的物理研究。在標準模型的精確檢驗和測量、希格斯粒子的發(fā)現(xiàn)和性質(zhì)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，取得了多個以中國科大組為主導(dǎo)并得到ATLAS國際合作組高度評價的重要物理結(jié)果。 fKrOz!b  
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參考：[1] Observation of electroweak production of two jets and a Z-boson pair,Nature Physics 19, 237–253 (2023),https://doi.org/10.1038/s41567-022-01757-y !^l<jrM  
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[*]粒子物理實驗尋找信號過程的正面結(jié)果以對應(yīng)的統(tǒng)計顯著度來表征：5σ表明實驗數(shù)據(jù)以99.99997%的概率排除信號來自背景噪聲漲落的假設(shè)。5σ對應(yīng)于“發(fā)現(xiàn)了信號過程”。