PDF《希格斯玻色子最主要衰变过程的发现》

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11 期2018-09-18收到 ? email: liangzj@ihep.

ac.cn DOI: 10.7693/wl20181106 希格斯玻色子最主要衰变过程的发现 梁志均? (中国科学院高能物理研究所 北京 100049)

2018 年7月9日,欧洲核子研究中心(CERN) 大型强子对撞机(LHC)上的 ATLAS 实验在韩国首 尔举行的国际高能物理会议上宣布,独立发现了 希格斯粒子[1―4] 的最主要的衰变过程――正反底夸 克对衰变(H→bb[5―11] .同年

8 月5日,CERN 的CMS 实验组也确认这个发现[12―17] .8 月28 日, CERN 通过发布会正式宣布这个激动人心的结 果,物理学家都欢呼沸腾,各国的媒体都有追踪 报道. "上帝粒子"与基本粒子质量来源之谜 希格斯玻色子究竟是何方神圣?为什么希格 斯玻色子如此重要?希格斯玻色子也被誉为"上 帝粒子" ,它之所以如此受重视,是因为它是基 本粒子质量的来源. 基本粒子为物理世界的基本单 元.如果把物质分割得越来越小, 你会得到构成物质的分子或者原 子;

但这些东西还能进一步分解成 电子和原子核;

而原子核又可以继 续被分割成质子和中子,而它们的 内部则是夸克.夸克与电子是目前 我们所知道构成世界的基本粒子, 理解它们的质量来源对科学家探索 物理世界的意义非常重大.希格斯 场在宇宙的形成中也扮演着重要的 角色.在宇宙大爆炸之初,各种基 本粒子(包括电子)都是以光速运动, 并没有形成物质结构.在希格斯场 作用下,基本粒子(如电子、夸克)获 得质量,最终形成原子、分子等构 成物质世界的单元.经过漫长岁月 形成星系等大型物质结构,最后促使生命的出 现.综上所述,希格斯粒子与基本粒子的相互作 用是我们研究微观物质世界与宇宙的关键之一. 不同基本粒子的质量各不相同.从没有质量的光 子到质量最重的顶夸克,跨越超过十个数量级以 上.这些质量来自何方呢? 在20 世纪

60 年代,理论学家预言真空中遍 布着希格斯场,基本粒子通过与真空中希格斯场 相互作用而产生质量[1―4] .该理论成功解释了为什 么传递电磁相互作用的光子没有质量,而传递弱 相互作用的W、Z玻色子则是非常重. 为了寻找希格斯场,CERN 在20 世纪末建造 了大型强子对撞机,以重现宇宙形成之初的超高 能量的极端条件.2012 年,CERN 的ATLAS 与CMS实验在玻色子衰变道发现了希格斯玻色子[18,19] .

2013 年的诺贝尔物理学奖授予理论物理学家彼 图1ATLAS 实验综合了 VBF+ggF、ttH,VH(W/Z 玻色子对伴随产生过程)产生 过程的独立分析,结果最终发现 H→bb 衰变道.上图为这些产生过程观测的信 号强度相对于预期信号强度的比值.其中高能所团队主导了 ggF+VBF 过程 H→ bb分析[5] 研究快讯 ・ ・

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11 期图2 (a)传统的四喷注末态的技术路线,该末态包含4个喷 注,其中

2 个是底夸克喷注;

(b)本团队创新性提出的高能 光子末态子集的技术路线.该末态包含高能光子与

4 个喷 注,其中2个是底夸克喷注[6] 图3 高能所ATLAS团队主导在矢量玻色子融合(VBF)过程 与胶子融合过程(ggF)中寻找 H→bb 衰变的分析.左图是高 能光子末态子集的技术路线中发现的其中一个希格斯玻色 子的信号事件的事例展示.其中,黄色的圆锥代表高能光 子,橙色的圆锥代表希格斯玻色子衰变产生的两个底夸克 喷注,紫色的圆锥代表VBF过程中的VBF前向喷注 得・W・希格斯(Peter W. Higgs)和弗朗索瓦 ・ 恩格勒 (Francois Englert),以表彰他们对希格斯玻色子所 做的预测[1―4] . 希格斯粒子最主要衰变过程的发现 从2012 年至