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来自 科技知识 2019-10-13 09:08 的文章
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还记得上帝粒子吗?希Gus玻色子之谜又有新线索

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横截面时间分支部分主要希格斯生产模式在大型强子对撞机(ggF VBF, VH和t tH)在每一个相关的衰变模式(WW,γγZZ,ττ,bb)。所有值都标准化为标准模型预测。此外,还显示了每个生产截面的综合结果,假设分支比为每个衰减模式的标准模型值。图片:ATLAS Collaboration/CERN

由于弱玻色子不稳定,它们通过衰变成成对的轻子(包括不可见的中微子)或夸克(夸克形成粒子喷雾,称为“喷流”),在探测器中被重建。阿特拉斯物理学家们结合了对不同衰变模式和不同类型三玻色子产生的搜索,包括带有三个W玻色子的事件,以及带有一个W玻色子、一个Z玻色子和任意一种第三个玻色子的事件。后者称为“WVZ”事件,其中“V”是“W或z”的缩写。阿特拉斯物理学家用来搜索“WWW”事件的一种技术使用了计算出两个喷流的不变质量,并将其与W玻色子的质量进行了比较,这使他们能够确定喷流是否是W玻色子衰变的结果。

早在2012年欧洲核子研究中心的ATLAS和CMS实验发现了希格斯玻色子,但它与其他粒子的耦合仍然是个谜。幸运的是,大型强子对撞机为测量希格斯玻色子耦合提供了许多窗口。产生希格斯玻色子的主要方式有四种:通过两个胶子粒子的融合(胶子融合,或ggF),通过弱矢量玻色子的融合,或与W或Z玻色子或一个或多个顶夸克的结合。希格斯玻色子可以衰变的主要通道有五个:光子对、W或Z玻色子、tau轻子或b夸克,新研究发现于2019年5月7日公布。

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在分析中考虑的STXS区域中,有些区域已经在LHC上进行了较高精度的测量,但到目前为止没有发现与标准模型的偏离。这些测量结果使物理学家进一步提高了对希格斯玻色子与其他基本粒子耦合特性的灵敏度。此外,还对新的物理理论设置了约束,比如引入更多希格斯玻色子的“双希格斯双重态模型”,以及hMSSM超对称模型,这些理论比阿特拉斯之前报道的更为严格。随着更多来自Run 2和Run 2之后的数据的加入,这些测量数据将继续得到改善,从而为希格斯玻色子性质提供一幅更加精细的图像。

WWW和WVZ信道中的两种测量值(与标准模型预测标准一致)组合,最终处于不同轻子数的状态。图片:ATLAS Collaboration/CERN

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欧洲核子研究中心的阿特拉斯实验刚刚公布了在大型强子对撞机质子-质子碰撞中同时产生三个W或Z玻色子的证据。W玻色子和Z玻色子是弱力中的介粒子,弱力是已知四种基本力之一,弱力导致了放射性现象,也是太阳热核过程的基本之一。新的阿特拉斯实验结果是基于ATLAS在2015-2017年以13 TeV碰撞能量收集的数据。它提供了显著性为4个标准差的“三玻色子”事件证据,这一迹象不过是几十年来用弱玻色子进行测量的最新进展。W和Z玻色子是1983年在欧洲核子研究中心质子-反质子对撞机中发现的。

物理学家也开始以一种新的方式探索希格斯玻色子之谜,在最新的分析中,阿特拉斯物理学家们没有把希格斯玻色子包含在主要的产生和衰变模式中,而是分别测量了相空间较小区域的希格斯玻色子拓扑结构:希格斯玻色子横向动量的不同范围、伴生喷流的数量、伴生弱玻色子和顶夸克的数量和运动特性。使用这些被称为“简化模板截面”的小拼图,物理学家可以更好地将测量过程从理论性质的解释中分离出来。最后,它提供了在大型强子对撞机上希格斯玻色子耦合的更细粒度图像,并对标准模型进行了更严格的测试。

这种技术已经被物理学家们使用了几十年(包括2012年希格斯玻色子的发现)。另一方面,WVZ分析使用机器学习技术来识别三玻色子事件。采用改进决策树的多变量算法,对数据中的哪些事件来自三玻色子产生,哪些事件来自其他标准模型过程进行了训练。通过考虑事件的各种特征(例如轻子的动量、总体动量失衡和喷流的数量)BDTs能够推断数据的来源。最终,BDTs确定了一些数据可能来自WVZ生产。总而言之,最终得到ATLAS测量结果与标准模型预测一致,从而为我们理解粒子物理学提供了又一块拼图。

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参考期刊文献:《Nature Communications》

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数据与两种射流不变质量分布的期望进行了比较,信号被缩放到测量值。图片:ATLAS Collaboration/CERN

每一个过程都带来了对希格斯玻色子性质的独特见解,由于大型强子对撞机产生了数量空前的希格斯玻色子,上述所有的产生和衰变模式现在都已被观测到。ATLAS协商会提出了一个新的结果,使用2017年收集的数据,这些过程的每一个测量值都达到了五个标准差的显著性阈值,超过了这个阈值,就认为它们的存在。希格斯玻色子产生和衰变的大多数组合产量已经被测量,并已被发现与标准模型预测一致。假设质子-质子碰撞在13tev时发生衰变,按照标准模型的预测。对每一种生产模式的横截面进行测量,是迄今为止获得最精确的测量。

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博科园-科学科普:1996年,在欧洲核子研究中心的大型正负电子对撞机上,首次观察到带有两个W玻色子的事件,不久之后发现了ZZ事件。十年后,费米实验室的Tevatron对撞机观测到了WW、WZ和ZZ事件。大型强子对撞机现在产生了大量的玻色子事件,可以进行精确的测量,利用粒子物理标准模型对罕见三玻色子的产生过程进行了预测。产生包括弱玻色子之间的相互作用,即所谓的三重和四次规玻色子耦合,这种耦合对未知粒子或力的可能贡献非常敏感。

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博科园-科学科普|研究/来自: ATLAS Experiment

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关键词: 又有 玻色子 粒子