ATLAS實驗觀察到希格斯玻色子衰變到一對底夸克的證據
- 物理研究在台灣
- 撰文者：中央研究院物理所
- 發文日期：2017-09-07
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希格斯玻色子（Higgs boson）在2012年被ATLAS和CMS實驗發現，當時的發現是透過規範玻色子（gauage boson）衰變頻道。標準模型預測希格斯玻色子最常衰變為一對底夸克（H→bb），機率為~58%。但是該頻道在LHC尚未被觀察到，原因是在強子對撞機中檢測這種衰減模式是相當困難的。搜索H→bb衰變是一項很重要的研究工作，因為它將進一步驗證準模型預測的質量產生機制。如果檢測到的H→bb衰變率與標準模型預測顯著不同則表示可能有新物理的跡象。中央研究院高能物理組之前在Tevatron的CDF實驗中透過這個衰變頻道尋找希格斯玻色子，目前繼續在ATLAS實驗中做出貢獻。
ATLAS於2017年7月公佈了在希格斯玻色子與W或Z玻色子伴隨產生的模式中觀察到這種衰變 （H→bb） 模式的證據。這個搜索是透過分析測量W,Z玻色子衰變成為輕子（電子，緲子和微中子）的過程進行的。這些衰變的輕子提供了有效地觸發信號並拒絕背景的方法。為了檢測此搜索中的H→bb衰變，這個分析利用信號的幾個屬性將信號與背景分離。例如來自希格斯粒子衰變的b夸克噴射流中的b強子的長壽命，以及在bb噴射流系統不變質量分佈上形成的共振（Figure 1）。通過分析2015年和2016年收集的數據，ATLAS 觀察到了H→bb衰變的證據，這個證據的顯著性水平是3.5σ。當與ATLAS Run1搜索結果相結合時此證據的顯著性水平增加到3.6σ。有關這些結果的論文已提交給JHEP雜誌（arXiv：1708.03299）。
Figure 1 ：bb噴射流系統的不變質量分佈。灰色直方圖是預測的WZ和ZZ背景貢獻。 紅色直方圖是測量的VH信號（V = W或Z）。
這項重要結果是出於ATLAS Hbb研究組團隊的專業精神，ATLAS的巨大支持以及LHC加速器的出色表現。中央研究院（AS）於2011年加入ATLAS Hbb研究組，對微中子頻道（ZH→ννbb）作出了重大貢獻。該頻道是在這個搜索中使用的三個分析頻道之一。AS團隊一直積極參與此搜索。 AS-ATLAS團隊領導王嵩銘在2015-2016年擔任ATLAS Hbb研究組的聯合召集人。他也代表ATLAS實驗於2017年7月6日在意大利威尼斯舉行的歐洲物理會議上首次公開了這項研究結果。參加這次搜索的AS-ATLAS團隊的其他成員是Adrian Buzatu和王蔚。他們的貢獻包括改進bb噴射流系統質量的測量解析度，以及測量用於收集微中子衰變頻道的數據樣本的觸發器性能。
Figure 2 ：在數據裡搜索到的VH信號侯選其中之一的顯示圖。
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