2012 年在 CERN 的大型强子对撞机 (LHC) 上发现希格斯玻色子标志着粒子物理学的一个重要里程碑。从那时起，ATLAS 和 CMS 合作一直在努力研究这种独特粒子的特性，并寻找建立它产生和衰变成其他粒子的不同方式。
在本周的大型强子对撞机物理 (LHCP) 会议上，ATLAS 和 CMS 报告了他们如何合作找到希格斯玻色子衰变成 Z 玻色子这一罕见过程的第一个证据，Z 玻色子是弱力的电中性载体
，和一个光子，电磁力的载体。这种希格斯玻色子衰变可以间接证明粒子存在的证据超出了粒子物理学标准模型所预测的粒子。
希格斯玻色子衰变成一个 Z 玻色子和一个光子类似于衰变成两个光子。在这些过程中，希格斯玻色子不会直接衰变成这些粒子对。相反，衰变是通过“虚拟”粒子的中间“循环”进行的，这些“虚拟”粒子突然出现和消失，无法被直接检测到。这些虚拟粒子可能包括新的、尚未发现的与希格斯玻色子相互作用的粒子。
标准模型预测，如果希格斯玻色子的质量约为 1250 亿电子伏特，则大约 0.15% 的希格斯玻色子将衰变成 Z 玻色子和光子。但是一些扩展标准模型的理论预测了不同的衰减率。因此，测量衰变率可以为超越标准模型的物理学和希格斯玻色子的性质提供有价值的见解。
此前，利用大型强子对撞机质子-质子碰撞的数据，ATLAS 和 CMS 独立地对希格斯玻色子衰变为 Z 玻色子和光子进行了广泛的搜索。两次搜索都使用了类似的策略，通过 Z 玻色子衰变成成对电子或 μ 子——较重的电子版本——来识别 Z 玻色子。这些 Z 玻色子衰变发生在大约 6.6% 的情况下。
在这些搜索中，与这种希格斯玻色子衰变（信号）相关的碰撞事件将被识别为一个窄峰，在事件的平滑背景上，在衰变产物的组合质量分布中。为了提高对衰变的敏感性，ATLAS 和 CMS 利用了产生希格斯玻色子的最常见模式，并根据这些产生过程的特征对事件进行了分类。他们还使用先进的机器学习技术进一步区分信号和背景事件。
在一项新的研究中，ATLAS 和 CMS 现在联手最大限度地提高他们的搜索结果。通过结合 2015 年至 2018 年 LHC 第二次运行期间两个实验收集的数据集，合作显着提高了统计精度和搜索范围。
ATLAS 物理协调员 Pamela Ferrari 说：“每个粒子都与希格斯玻色子有着特殊的关系，这使得寻找稀有的希格斯衰变成为重中之重。” “通过对 ATLAS 和 CMS 各自结果的精心组合，我们朝着解开希格斯玻色子的又一个谜团迈出了一步。”
“新粒子的存在可能会对罕见的希格斯衰变模式产生非常显着的影响，”CMS 物理协调员 Florencia Canelli 说。“这项研究是对标准模型的有力检验。随着大型强子对撞机的第三次运行和未来的高亮度大型强子对撞机，我们将能够提高这项测试的精度，并探测更罕见的希格斯衰变。”
本新闻稿最初发布于 CERN Press 网站（英文）。
发表于 2023-5-30 07:57:31
