PDF《CMS 在2010 和2011 年LHC 数據中搜寻标准模型希》

CMS 在2010 和2011 年LHC 数兴蜒氨曜寄Ｐ拖８袼共Ｉ ? CERN,2011 年12 月13 日 ? ? 希格斯玻色子是粒子物理「标准模型」所预期的粒子中唯一尚未被实验观察到的.

它的发现将使我们对於粒子如何获得质量的理解向前迈进一大步.反之,在大强子对撞 机若没有找到标准模型希格斯玻色子将会很有意思,使注意力更聚焦在将标准模型加以 延伸、具有似希格斯粒子的替代理论. 今天,CMS 实验团公布了搜寻标准模型希格斯玻色子的最新结果.这个结果使用 了到

2011 年底为止的所有质子-质子碰撞数,总量相当於 4.7 ? fb-?\1 的累积亮度 ? [注FB]. 这表示 CMS 可以在 CERN 大电子正子对撞机 ? (LEP) ? 当年所设下限

114 ?GeV/c2 ?(即自然单 位的

114 ?GeV ?[注GEV]) ? 之上、直到

600 ?GeV 的将近全部质量围里,研究希格斯的产生. 本研究结果综合了在数个预期的希格斯「衰变通道」的搜寻,包括 W 或Z玻色子对 ? (之 后衰变到四颗轻子)、重夸克对、涛轻子对及光子对 ? (图一). ? 图一: ? 一个含有两颗高能光子的典型候选事例,其能量 ? (以红「塔」绘出) ? 在CMS 的「电磁量 能器」中量测.黄色线条为在碰撞事件产生而被量测到的其他粒子轨迹. ? 我们的初步结果,依几个不同的统计信心水准 ? [注CL],在宽广的希格斯玻色子可能 质量围排除了标准模型希格斯玻色子的存在: ? ?

127 600 ?GeV,百分之九十五的信心水准,如图二 a 所示;

? ?

128 525 ?GeV,百分之九十九的信心水准. ? 所谓「以百分之九十五的信心水准排除了」某个质量,乃是指如果标准模型希格斯 玻色子具有该质量,则在一组重复多次的相同实验中,应该会有 95%的比率给出比在我 们的数兴吹降奈嗟闹. 图二 a: ? 依百分之九十五信心水准的标准模型希格斯玻色子质量排除围 ? (红线以下).此分析 是根 CMS 在2010 和2011 年所取得的 4.7 ? fb-?\1 质子-质子碰撞数,但不括部份侦测器表现未 臻理想时的数.划了斜线的区间显示先前 LEP、或费米实验室 Tevatron 对撞机,以及现在 CMS 所排除的质量围.虚线及绿、黄色带则是对应於实际分析的数克て诘钠骄 CMS 灵 敏度 ? (黑点为实际分析结果). ? 在百分之九十五的信心水准,我们并不排除质量在

115 ? GeV 到127 ? GeV 之间的标准 模型希格斯玻色子.和标准模型的预期相比,在这个质量区间有「超额」事例 (参图二 b),并且在五个独立的通道相当一致的出现. ? 图二 b: 根 CMS 在2010 和2011 年所取得且认证的 4.7 ?fb-?\1 质子-质子碰撞数,仅显示较低 质量区域的标准模型希格斯百分之九十五信心水准排除围. ? 以目前止所收集到的数,要在这个低质量区域区分希格斯玻色子讯号存在或 不存在这两个假设,在先天上就相当困难.不论标准模型希格斯玻色子是否存在於此质 量围,所观察到的超额事例都可以是已知背景过程的统计扰动.将在

2012 年收集到 的更大数炕峒跎偻臣撇蝗范ㄐ,使我们届时能够明确宣告标准模型希格斯玻色子究 竟是否在这个质量围内. 这个超额现象与标准模型希格斯玻色子存在於

124 ? GeV 附近或以下的假设较相符. 然而一旦考虑了所谓的「到处搜」效应 ? [注LEE] 之后,与已知背景相较的统计可信度只 有不到

2 个标准差 ? (2σ).这样的可信度仍远低於一般认定的基准,无法确定这个超额现 象是否能够经得起时间的考验. 尽管有很大的不确定性,假设我们所看到的超额现象可以是标准模型希格斯玻色子 的徵兆,则每个衰变道看到的产生率 ? (相对於标准模型的「截面」,σ/σSM) ? 与预期相符. 然而,偏低的统计可信度意味著这些超额现象可合理地解释为背景扰动. ? ? 在2012 年收集到的更多数兄度范ㄕ飧龀钕窒蟮母. 参考文献 [注FB] ?fb 为femto ?barn 的缩写,即一个 barn 截面积 (一平方公分的一兆兆分之一,约为铀原子 核的截面积) ? 的千兆分之一.一个 fb-?\1 的数,可想成若将一个没有大小的质点丢向一个只有 铀原子核截面千兆分之一的微小区域,也会产生一个碰撞事件. ? (进一步通俗英文阐述请参 http://news.stanford.edu/news/2004/july21/femtobarn-?\721.html) [注GEV] ? 电子伏特是一个能量单位.在质量和能量常交替互换的粒子物理学,常用 eV/c2 为质量 单位,即电子伏特除以真空中光速 c 的平方 ? (从E mc2 而来).更常见的乃是使用将光速 c 设为