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歐洲核子中心大型強子對撞機LHC上的ATLAS實(shí)驗組近期于Nature Physics雜志上在線(xiàn)發(fā)表了關(guān)于首次觀(guān)測到稀有ZZ雙玻色子散射過(guò)程的論文[1]，信號探測顯著(zhù)度[*]是5.7σ。這次的發(fā)現是粒子物理標準模型電弱測量中的一個(gè)里程碑，對理解希格斯機制（電弱對稱(chēng)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(guān)世界的標準模型中扮演著(zhù)舉足輕重的地位，基本粒子與希格斯場(chǎng)發(fā)生相互作用而獲得質(zhì)量。2012年在A(yíng)TLAS和CMS實(shí)驗上的發(fā)現打開(kāi)了希格斯物理之門(mén)。深入研究希格斯機制可以通過(guò)直接測量希格斯產(chǎn)生與衰變過(guò)程，也可以通過(guò)測量涉及希格斯粒子的電弱物理過(guò)程，如雙玻色子散射。ZZ雙玻色子散射是其中最為稀有的過(guò)程，發(fā)現該過(guò)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(zhù)雙玻色子散射研究進(jìn)入了新階段。
中國科大與山東大學(xué)，上海交通大學(xué)/李政道研究所，以及美國密歇根大學(xué)合作，在此次發(fā)現中扮演了核心角色。其中，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)吳雨生教授與山東大學(xué)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(xué)習大幅優(yōu)化信號探測靈敏度，細致驗證背景過(guò)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(fā)現ZZ雙玻色子散射過(guò)程。圖一展示了該過(guò)程的一個(gè)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(guò)程的分布。
中國科大ATLAS實(shí)驗組是趙政國院士領(lǐng)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(fā)優(yōu)化、末態(tài)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(fā)現和性質(zhì)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(gè)以中國科大組為主導并得到ATLAS國際合作組高度評價(jià)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(shí)驗尋找信號過(guò)程的正面結果以對應的統計顯著(zhù)度來(lái)表征：5σ表明實(shí)驗數據以99.99997%的概率排除信號來(lái)自背景噪聲漲落的假設。5σ對應于“發(fā)現了信號過(guò)程”。
