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                  ATLAS實驗發現希格斯粒子底夸克對衰變道,高能所作出關鍵貢獻
                  時間 : 2018-07-26     

                   歐洲核子中心(CERN)大型強子對撞機(LHC)上的ATLAS實驗于7月9日在ICHEP2018國際高能物理會議上公布了的最新成果:ATLAS合作組首次發現了希格斯粒子的最主要的衰變過程——正反底夸克對衰變(H→bb-bar)。高能所ATLAS組梁志均、石遼珊、劉波、婁辛丑在該項研究中作出了關鍵貢獻。

                    希格斯玻色子賦予基本粒子以質量,并可以衰變成不同粒子。之前科學家們已經觀察到其衰變成光子對、W玻色子對、Z玻色子和τ輕子對等過程。這些已經觀察到的衰變雖有重要意義,但其在希格斯玻色子的衰變中只占不到30%,而希格斯玻色子衰變成一對底夸克,才是其最頻繁發生的衰變過程,占比高達58%。觀察到這一衰變過程將填補對希格斯粒子認知的一大空白,并將進一步證實解釋夸克質量的希格斯機制。

                    由于強子對撞機上膠子背景事例數(g→bb-bar)是信號的一千萬倍以上,所以該衰變道一直無法被實驗觀測確認。此次ATLAS實驗聯合了多個希格斯玻色子產生過程的H→bb-bar分析的結果, 其中包括膠子融合過程(ggF),矢量玻色子融合過程(VBF),W/Z玻色子對伴隨產生過程(W/Z+H),頂夸克對伴隨產生過程(ttH)。在聯合的分析中,ATLAS實驗利用統計方法綜合了各個分析的結果,最終以5.4倍標準偏差的信號顯著度首次發現H→bb-bar衰變道(CONF-HIGG-2018-04)。

                    中國ATLAS組的各個單位對此次H→bb-bar衰變道的發現都做出了關鍵貢獻。其中高能所的梁志均副研究員帶領其團隊主導了矢量玻色子融合過程與的膠子融合過程的H→bb-bar分析(如圖),他也被ATLAS合作組任命為該分析的負責人(analysis contact)。高能所團隊梁志均、石遼珊、劉波、婁辛丑在該分析的信號觸發設計、背景擬合與信號提取等方面做出了主導貢獻,并在ATLAS合作組中做了重要的報告(approval talk)。另外,高能所ATLAS組在ATLAS像素探測器的運行維護與數據獲取方面做了重要的工作,而像素探測器是有效探測底夸克的硬件基礎。 

                    高能所ATLAS組的H→bb-bar衰變道研究工作得到中科院“百人計劃”啟動基金、中科院前沿科學重點研究項目、中組部“千人計劃”、科技部國家重點研發計劃、國家自然科學基金委國際合作與交流基金項目的資助。

                    梁志均副研究員于2011年在中山大學物理系獲得博士學位。2011年至2015年期間曾分別在英國牛津大學與美國加州大學圣塔克魯茲分校任職博士后,從事ATLAS實驗的數據分析與下一代硅徑跡探測器的研發工作,并曾于2012-2013年擔任ATLAS合作組的電弱物理組召集人(electroweak convener),主導了ATLAS實驗多個電弱物理的研究工作。2016年獲得科學院“百人計劃”支持回國后從事大型強子對撞機 (LHC) 上的ATLAS實驗以及環形正負電子對撞機 (CEPC) 的研究工作。

                    

                    高能所團隊主導在矢量玻色子融合(VBF)過程與膠子融合過程(ggF)中尋找H→bb-bar衰變的分析(CERN-EP-2018-140)。上圖為在VBF+ggF過程中底夸克對的不變質量(mbb)的分布。其中,H→bb-bar衰變過程在不變質量譜的貢獻由紅色直方圖標出。