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科研进展

2022年07月12日
中国科大在希格斯粒子实验研究中做出重要贡献

希格斯粒子在描述微观世界的“标准模型”中有着举足轻重的地位,基本粒子与希格斯场发生相互作用而获得质量。历时近半个世纪,该粒子于2012年由欧洲核子中心大型强子对撞机上的ATLAS与CMS实验发现,并直接促成2013年的诺贝尔物理学奖。后发现时代的研究重心是继续深入开展希格斯粒子性质测量以期揭示希格斯粒子更深层次的自然本性。ATLAS合作组于希格斯粒子发现十周年纪念日(2022.7.4)将该粒子的最新性质测量结果发表在《自然》杂志上[1],并作为本期封面展示。中国科大ATLAS实验组在相关工作中做出了重要贡献。

《自然》杂志2022年7月版封面

左图给出希格斯粒子到不同实验末态的衰变分支比测量结果,右图给出希格斯粒子与其它基本粒子的约化耦合强度与粒子质量的关系式。

通过大数据积累与实验方法的优化,各项测量的精度均有了大幅提升,对主要过程的截面测量精度达到了10%,对稀有过程如希格斯衰变为双缪子过程等获得了可观的探测灵敏度。这些结果大大拓展了对希格斯粒子的认知,具有里程碑意义。

中国科大ATLAS实验组在基金委、科技部、中科院,以及中国科学技术大学的大力支持下,从2008年起开展希格斯物理研究,历经希格斯粒子的发现,并持续参与其性质测量,是希格斯物理研究中的一支重要力量。这篇文章汇总展示了近期ATLAS实验中希格斯研究的成果,其中科大组在多项研究中起主导或主要作用,列举如下(括号中给出参与教师按姓氏排名):双底夸克末态测量(刘衍文)、双Z玻色子末态测量(徐来林、赵政国)、双光子末态测量(杨洪洮)、双顶夸克伴随过程测量(Rustem Ospanov)、双缪子末态测量(吴雨生、杨洪洮、赵政国)、双粲夸克末态测量(吴雨生)、希格斯不可见衰变测量(吴雨生、徐来林),以及汇总工作和联合统计分析(吴雨生、徐来林、杨洪洮)。除了本文章作为汇总纪念之外,这些近期结果均已单独发表,共计十余篇国际主流期刊文章。新进特任教授杨洪洮担任ATLAS希格斯双光子组负责人;另外,徐来林和杨洪洮任大型强子对撞机希格斯工作组中离壳研究组和截面研究组负责人。

中国科大ATLAS实验组是赵政国院士领导下的具有相当规模和凝聚力的稳定团队,目前包括13名教授副教授,3名特任副研究员,3名博士后,近30名博士和硕士研究生。科大组成员负责或参与探测器建造、运行维护及性能研究、触发优化、末态重建性能的标定,和广泛的物理研究。在标准模型的精确检验和测量、希格斯粒子的发现和性质研究,以及超出标准模型的新物理的直接寻找的物理研究中,取得了多个以科大组为主导并得到ATLAS国际合作组高度评价的重要物理结果。

另外,新进特任研究员鲁楠开始在中国科大重组CMS实验组,她在对应的CMS《自然》杂志文章[2]中做出了重要贡献,包括希格斯双缪子末态研究,以及通过四底夸克末态研究双希格斯粒子产生过程。

文章链接:

[1]https://www.nature.com/articles/s41586-022-04893-w

[2]https://www.nature.com/articles/s41586-022-04892-x


(粒子科学与技术研究中心、核探测与核电子学国家重点实验室、物理学院、科研部)

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