上帝粒子也會衰變！最新發現：希格斯玻色子，會衰變為μ子對！

2020-10-18 博科園

上帝粒子-希格斯玻色子還能讓我們大吃一驚嗎？自2012年發現以來，歐洲核子研究中心ATLAS和CMS合作一直在積極研究這一最新、最神秘的粒子物理學標準模型附加特性。在標準模型中，布倫-恩格勒-希格斯預測希格斯玻色子將與物質粒子(夸克和輕子，稱為費米子)相互作用，其強度與粒子的質量成正比，還預測希格斯玻色子將與力載體粒子(W和Z玻色子)相互作用，其強度與粒子質量的平方成正比，因此，通過測量希格斯玻色子的衰變和產生速率。

ATLAS物理學家可以對標準模型進行基本測試，在比利時根特舉行歐洲物理學會高能物理學會議（EPS-HEP）上，ATLAS協作組織  發布了一項新的初步結果，尋找希格斯玻色子衰變為μ子和反共子對（H→μμ）。新的、更敏感結果使用了完整運行的2數據集，分析希格斯玻色子事件幾乎是之前ATLAS結果(為ICHEP會議於2018年發布)的兩倍。ATLAS和CMS的合作已經觀察到希格斯玻色子衰變為tau輕子——介子較重的表親，屬於費米子的第三代。

由於介子比tau輕子輕得多，希格斯玻色子衰變為介子對的機率預計比輕子輕子對低300倍左右。儘管存在這種稀缺性，但H→μμ衰變提供了測量希格斯玻色子與大型強子對撞機中第二代費米子相互作用的最佳機會，為不同費米子世代的質量起源提供了新見解。實驗表明，ATLAS能夠很好地識別和重建μ子對。通過將ATLAS內探測器和介子光譜儀的測量結果結合起來，物理學家可以獲得較好的介子動量解析度。然而，它們也必須解釋一個共同背景——豐富的「Drell-Yan過程」所產生的介子。

在這個過程中，一個介子對是通過一個虛擬Z玻色子或一個光子的交換而產生。為了幫助區分H→μμ信號與此背景，ATLAS團隊使用多變量判別式（提升決策樹），利用每個事件的不同生產和衰減屬性。例如，H→μμ信號事件的特徵在於更中心的μ子對系統，並且在橫向於碰撞質子的平面中具有更大動量。為了進一步提高搜索的靈敏度，物理學家將潛在的H→μμ事件分成多個類別，每個類別具有不同的預期信號與背景比率。分別研究每個類別，研究所選事件介子對的質量分布。

然後，利用信號和背景過程的不同形狀，通過對質譜的擬合，可以同時確定信號和背景豐度。在新的ATLAS結果中，在125 GeV能量的希格斯玻色子質量周圍信號區域，並沒有觀察到在測量背景之上有明顯的額外事件。觀測到的信號顯著性為0.8個標準差，與標準模型的預期偏差為1.5個標準差。希格斯玻色子產生截面乘以分支分數到介子的上限，是標準模型預測95%水平的1.7倍。與以前的ATLAS結果相比，這個新結果代表了大約50%的改進。

博科園｜研究/來自：ATLAS Experiment

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