1
2
3
4
歐洲核子中心大型強子對撞機LHC上的ATLAS實驗組近期于Nature Physics雜志上在線發表了關于首次觀測到稀有ZZ雙玻色子散射過程的論文[1]，信號探測顯著度[*]是5.7σ。這次的發現是粒子物理標準模型電弱測量中的一個里程碑，對理解希格斯機制（電弱對稱性破缺機制）具有重要意義，獲得審稿人、國際同行的廣泛認可與報道。
希格斯玻色子在描述微觀世界的標準模型中扮演著舉足輕重的地位，基本粒子與希格斯場發生相互作用而獲得質量。2012年在ATLAS和CMS實驗上的發現打開了希格斯物理之門。深入研究希格斯機制可以通過直接測量希格斯產生與衰變過程，也可以通過測量涉及希格斯粒子的電弱物理過程，如雙玻色子散射。ZZ雙玻色子散射是其中最為稀有的過程，發現該過程對精確檢驗標準模型以及間接尋找新物理現象有重要意義，并標志著雙玻色子散射研究進入了新階段。
中國科大與山東大學，上海交通大學/李政道研究所，以及美國密歇根大學合作，在此次發現中扮演了核心角色。其中，中國科學技術大學吳雨生教授與山東大學李冰研究員（中國科大本科06級）擔任該物理分析的負責人，以及合作組文章通訊作者。在該工作中做出主要貢獻的中國科大博士生有陳婧（現上交博后），劉明依，王文驍，祝鶴齡，以及指導教師趙政國院士，劉建北教授。在該工作中，研究團隊利用機器學習大幅優化信號探測靈敏度，細致驗證背景過程模擬準確度，積極應用最前沿理論計算，并利用統計方法結合不同衰變道，最終首次發現ZZ雙玻色子散射過程。圖一展示了該過程的一個代表性事例在探測器中的重建結果，圖二給出信號區域與控制區域中信號與本底過程的分布。
中國科大ATLAS實驗組是趙政國院士領導下的一支具有相當規模和凝聚力的穩定團隊，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。中國科大組成員負責或參與探測器建造、運行維護及性能研究、觸發優化、末態重建性能的標定，和廣泛的物理研究。在標準模型的精確檢驗和測量、希格斯粒子的發現和性質研究，以及超出標準模型的新物理的直接尋找的物理研究中，取得了多個以中國科大組為主導并得到ATLAS國際合作組高度評價的重要物理結果。
參考：
[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
[*]粒子物理實驗尋找信號過程的正面結果以對應的統計顯著度來表征：5σ表明實驗數據以99.99997%的概率排除信號來自背景噪聲漲落的假設。5σ對應于“發現了信號過程”。
