歐洲核子中心（CERN）于8月3日發(fā)布新聞稿^[*]重點(diǎn)報(bào)道了在大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)LHC上首次找到希格斯粒子衰變到雙繆子末態(tài)證據(jù)這一突破性進(jìn)展。LHC上的CMS與ATLAS實(shí)驗(yàn)獲得的信號(hào)探測(cè)顯著度^[**]分別是3s和2s；綜合兩者，探測(cè)到信號(hào)過程的證據(jù)確鑿無疑（>3s），這是首次對(duì)希格斯粒子與第二代費(fèi)米子耦合的直接探測(cè)，是一個(gè)全新的有里程碑意義的結(jié)果。中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)ATLAS實(shí)驗(yàn)組在該項(xiàng)工作中做出了重要貢獻(xiàn)。 

　　希格斯玻色子在描述微觀世界的粒子物理“標(biāo)準(zhǔn)模型”理論中扮演著舉足輕重的地位，基本粒子與希格斯場(chǎng)發(fā)生相互作用而獲得質(zhì)量。希格斯玻色子與物質(zhì)世界的本源以及宇宙早期演化息息相關(guān)，因此一直是粒子物理學(xué)理論和實(shí)驗(yàn)研究的核心之一。希格斯粒子的發(fā)現(xiàn)標(biāo)志著標(biāo)準(zhǔn)模型的成功與完備，但自然界中還有如暗物質(zhì)、中微子質(zhì)量，以及宇宙正反物質(zhì)不對(duì)稱性等重大問題無法用標(biāo)準(zhǔn)模型解釋。因此，粒子物理學(xué)家仍孜孜不倦進(jìn)行前沿探索，希望打開通往更奧秘微觀世界的大門。其中一個(gè)重要方向是圍繞著希格斯粒子來展開的，旨在逐步揭示其本性及其與未知世界的聯(lián)系，目前研究重心是利用ATLAS與CMS實(shí)驗(yàn)記錄的獨(dú)一無二的數(shù)據(jù)來研究該粒子與其余基本粒子的耦合。希格斯粒子與矢量玻色子以及第三代費(fèi)米子中的陶輕子、頂夸克與底夸克的耦合相繼被發(fā)現(xiàn)，測(cè)得的耦合強(qiáng)度與標(biāo)準(zhǔn)模型預(yù)言相符。對(duì)希格斯粒子與第一、二代費(fèi)米子耦合的測(cè)量由于強(qiáng)度弱以及背景噪聲大而非常困難；而在相關(guān)課題中，希格斯粒子與繆子的耦合測(cè)量最可期。

　　此次報(bào)道中的ATLAS結(jié)果由數(shù)家單位合作完成，其中ATLAS中國組的中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)、山東大學(xué)，和清華大學(xué)，系統(tǒng)性的參與了該項(xiàng)研究。ATLAS結(jié)果基于該實(shí)驗(yàn)采集的LHC所有13 TeV質(zhì)子—質(zhì)子對(duì)撞數(shù)據(jù)，結(jié)果已投稿^[1]，下面給出文章中有代表性的兩張圖：各信號(hào)區(qū)域按信噪比合并的雙繆子質(zhì)量譜（左）；各信號(hào)區(qū)域測(cè)得的信號(hào)強(qiáng)度（右）。最新結(jié)果中采用的分析方法大多基于利用部分13 TeV數(shù)據(jù)而做的前期分析工作^[2]并加以發(fā)展。中科大？吳雨生教授與山東大學(xué)李海峰教授為文章[2]的共同聯(lián)系作者，山東大學(xué)李海峰教授為[2]分析組負(fù)責(zé)人以及[1]工作前期負(fù)責(zé)人。 

　　中科大ATLAS實(shí)驗(yàn)組在基金委、科技部、中科院以及中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)的大力支持下，從2015年開始進(jìn)行研究并做出重要貢獻(xiàn)。對(duì)于文章[1]，參與人員有陳燁（博士生），Dimitrii Krasnopevtsev（博士后），朱瑩春（副教授），吳雨生（特任教授）。陳燁與Dimitrii做了多項(xiàng)分析工作，涉及軟件框架、繆子重建優(yōu)化、信號(hào)系統(tǒng)誤差，以及對(duì)全新VH分析道的研究；朱瑩春為陳燁指導(dǎo)教師；吳雨生為該項(xiàng)目科大組負(fù)責(zé)人。對(duì)于文章[2]，參與人員有劉彥麟（當(dāng)時(shí)為博士生），吳雨生（特任教授）與趙政國（教授）。劉彥麟為主要數(shù)據(jù)分析人，負(fù)責(zé)該工作的大部分?jǐn)?shù)據(jù)處理任務(wù)；吳雨生進(jìn)行了核心系統(tǒng)誤差研究；趙政國教授、美國密歇根大學(xué)周冰教授為劉彥麟博士的聯(lián)合導(dǎo)師。文章[2]發(fā)表在PRL上并為編輯推薦文章；劉彥麟的博士論文涵蓋該文章工作，并獲得中國科學(xué)院優(yōu)秀博士論文獎(jiǎng)。 

　　中科大ATLAS實(shí)驗(yàn)組是趙政國院士領(lǐng)導(dǎo)下的一支具有相當(dāng)規(guī)模和凝聚力的穩(wěn)定團(tuán)隊(duì)，目前包括11名教授副教授，2名特任副研究員，3名博士后，近30名博士和碩士研究生?？拼蠼M成員負(fù)責(zé)或參與探測(cè)器建造、運(yùn)行維護(hù)及性能研究、觸發(fā)優(yōu)化、末態(tài)重建性能的標(biāo)定，和廣泛的物理研究。在標(biāo)準(zhǔn)模型的精確檢驗(yàn)和測(cè)量、希格斯粒子的發(fā)現(xiàn)和性質(zhì)研究，以及超出標(biāo)準(zhǔn)模型的新物理的直接尋找的物理研究中，取得了多個(gè)以科大組為主導(dǎo)并得到ATLAS國際合作組高度評(píng)價(jià)的重要物理結(jié)果。 

　　文章鏈接： 

　　[1] ATLAS Collaboration. A search for the dimuon decay of the Standard Model Higgs boson with the ATLAS detector, submitted to Physics Letters B (2020), https://arxiv.org/abs/2007.07830. 

　　[2] ATLAS Collaboration. Search for the Dimuon Decay of the Higgs Boson in pp Collisions at √s = 13 TeV with the ATLAS Detector, Phys. Rev. Lett. 119, 051802 (2017), PRL Editors’ Suggestion, https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.119.051802. 

　　參考： 

　　[*] https://home.cern/news/press-release/physics/cern-experiments-announce-first-indications-rare-higgs-boson-process 

　　[**] 粒子物理實(shí)驗(yàn)尋找信號(hào)過程的正面結(jié)果以對(duì)應(yīng)的統(tǒng)計(jì)顯著度來表征：5s表明實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)以99.99997%的概率排除信號(hào)來自背景噪聲漲落的假設(shè)，而3s和2s分別對(duì)應(yīng)99.87%和97.72%。5s和3s分別對(duì)應(yīng)于“發(fā)現(xiàn)了信號(hào)過程”和“找到了信號(hào)存在的跡象”。 

　　（粒子科學(xué)與技術(shù)研究中心、核探測(cè)與核電子學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、物理學(xué)院、科研部）