希格斯粒子实验研究获进展

位于欧洲核子中心（CERN）的超环面仪器（ATLAS）合作组在最新发表的文章（arXiv:1802.04146）中宣称通过希格斯粒子产生的第二大模式——矢量玻色子熔合（VBF）衰变到双光子道（H→γγ）的过程中观测到约5σ的信号（如图）。这是在大型强子对撞机（LHC）单个实验上首次得出这样的分析结果。中国科学院高能物理研究所ATLAS组方亚泉、章宇、娄辛丑小组在该项研究中做出了主导贡献。此项工作对研究希格斯粒子的产生模式、电弱相互作用以及新物理具有重要意义。

希格斯粒子于2012年7月在LHC上的ATLAS和CMS实验中被发现，这是粒子物理研究的重要里程碑。它的发现对认识质量起源、完备标准模型、统一各种相互作用有重要意义。希格斯粒子的产生主要包含4种不同的模式，分别为胶子熔合（ggH）、VBF、W/Z玻色子伴随（W/ZH）、顶夸克伴随（ttH），其中ggH约占88%，VBF约占7%，其余两种合计5%。2012年7月希格斯粒子的发现以ggH产生模式为主要贡献。

这次ATLAS通过VBF H→γγ观测到的信号是标准模型预测的2倍。但考虑到数据统计量局限以及尚未得到其它希格斯末态和CMS实验的证实，研究人员预计在未来1-2年RUN2上3倍于当前的数据会对是否有标准模型新物理有一个回答。

另外，高能所ATLAS组的梁志均、刘波、娄辛丑小组于今年5月发表了在ATLAS实验上首次通过H(bb)+末态寻找新共振态的文章（arXiv: 1805.01908）。该小组通过使用喷注微结构与基于径迹的喷注重建等新方法识别希格斯粒子的双底夸克末态，并首次设定了H+新共振态的产生截面上限，并把该末态的新共振态质量上限提高到3TeV以上。ATLAS合作组非常重视该结果，并为该文章撰写物理简报并广泛分享到实验组主页与社交网络中。

目前，希格斯粒子研究的重点是实现希格斯粒子产生模式和不同衰变道的首次观测，希格斯粒子的自旋、宇称、散射截面和耦合等测量。这些测量对深入理解希格斯粒子的性质，探测是否有标准模型的新物理有重要意义。北京大学、北京航空航天大学、中科院高能所、南京大学、清华大学、山东大学、上海交通大学、中国科学技术大学的ATLAS和CMS组在上述相关课题的希格斯玻色子研究中非常活跃并作出显著性贡献。

这两项研究工作得到了中科院前沿科学重点研究项目、中科院“千人计划”启动基金、国家自然基金委和科技部的资助。

图：希格斯衰变到双光子的道的双光子质量分布图