中国科大在稀有双玻色子散射研究中取得重要进展

欧洲核子中心大型强子对撞机LHC上的ATLAS实验组近期于Nature Physics杂志上在线发表了关于首次观测到稀有ZZ双玻色子散射过程的论文[1]，信号探测显著度[*]是5.7σ。这次的发现是粒子物理标准模型电弱测量中的一个里程碑，对理解希格斯机制（电弱对称性破缺机制）具有重要意义，获得审稿人、国际同行的广泛认可与报道。 0
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希格斯玻色子在描述微观世界的标准模型中扮演着举足轻重的地位，基本粒子与希格斯场发生相互作用而获得质量。2012年在ATLAS和CMS实验上的发现打开了希格斯物理之门。深入研究希格斯机制可以通过直接测量希格斯产生与衰变过程，也可以通过测量涉及希格斯粒子的电弱物理过程，如双玻色子散射。ZZ双玻色子散射是其中最为稀有的过程，发现该过程对精确检验标准模型以及间接寻找新物理现象有重要意义，并标志着双玻色子散射研究进入了新阶段。 Qk
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中国科大与山东大学，上海交通大学/李政道研究所，以及美国密歇根大学合作，在此次发现中扮演了核心角色。其中，我校吴雨生教授与山东大学李冰研究员（中国科大本科06级）担任该物理分析的负责人，以及合作组文章通讯作者。在该工作中做出主要贡献的我校博士生有陈婧（现上交博后），刘明依，王文骁，祝鹤龄，以及指导教师赵政国院士，刘建北教授。在该工作中，研究团队利用机器学习大幅优化信号探测灵敏度，细致验证背景过程模拟准确度，积极应用最前沿理论计算，并利用统计方法结合不同衰变道，最终首次发现ZZ双玻色子散射过程。图一展示了该过程的一个代表性事例在探测器中的重建结果，图二给出信号区域与控制区域中信号与本底过程的分布。 Q$k#q<+0  
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中国科大ATLAS实验组是赵政国院士领导下的一支具有相当规模和凝聚力的稳定团队，目前包括11名教授副教授，2名特任副研究员，3名博士后，近30名博士和硕士研究生。中国科大组成员负责或参与探测器建造、运行维护及性能研究、触发优化、末态重建性能的标定，和广泛的物理研究。在标准模型的精确检验和测量、希格斯粒子的发现和性质研究，以及超出标准模型的新物理的直接寻找的物理研究中，取得了多个以中国科大组为主导并得到ATLAS国际合作组高度评价的重要物理结果。 f|/ ,eP$  
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参考：[1] Observation of electroweak production of two jets and a Z-boson pair,Nature Physics 19, 237–253 (2023),https://doi.org/10.1038/s41567-022-01757-y i]@k'2N  
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[*]粒子物理实验寻找信号过程的正面结果以对应的统计显著度来表征：5σ表明实验数据以99.99997%的概率排除信号来自背景噪声涨落的假设。5σ对应于“发现了信号过程”。