科研进展

LHC实验上发现矢量玻色子散射过程

欧洲核子研究中心(CERN)大型强子对撞机实验(LHC)上的ATLAS大型国际实验合作组于7月5日在ICHEP2018国际高能物理会议上公布了首次以超过5倍标准偏差的统计显著性发现了标准模型稀有产生过程,即WZ→WZ(5.6σ)和同号电荷WWWW(6.9σ)“矢量玻色子散射”过程。

 

上图:LHC,中图:BDT输出变量,下图:双喷注的质量分布

并为此撰写了物理摘要Quarks observed to interact via minuscule ‘weak lightsabers’作专题报导:

http://atlas.cern/updates/physics-briefing/weak-lightsabers

矢量玻色子散射(Vector Boson Scattering, 简称VBS,一般对于22过程而言)与矢量玻色子聚合(Vector Boson Fusion,简称VBF,一般对于21过程而言)是TeV能区对撞机物理中重要的前沿研究课题。在无希格斯机制作用假设下的标准模型预言中,纵向极化的W/Z矢量玻色子散射振幅将会随能量增加而发散,最终在TeV的高能区破坏幺正性。VBS与VBF过程既可以用来检验标准模型电弱相互作用的物理预期及电弱破缺机制,又可以用来检验希格斯机制在电弱融合、散射过程中的幺正化影响。同时可以用来探索可能存在的、除标准模型希格斯机制外的其他新物理机制的存在性,譬如新共振态、规范玻色子反常耦合及对VBS/VBF过程幺正性的影响等。具有重要的物理意义。

上海交通大学和李政道研究所ATLAS研究团队对该发现做出重要的贡献。Elena Yatsenko和李数对WZ分析道作出了关键性贡献,负责了分析框架的搭建、信号与本底模拟和计算、理论不确定度计算等重要分析任务,博士后Elena Yatsenko担任WZ分析的课题负责人。WZWZ散射过程的发现为LHC实验中的首次。Monika Mittal、Elena Yatsenko、李数、郭军和杨海军等对同号电荷WWWW散射过程作出了重要贡献,负责了电弱高阶过程和QCD高阶过程相干性的物理研究及理论不确定度估计,Elena Yatsenko任该物理分析的Editorial Board成员。

 

Elena Yatsenko博士2015年毕业于德国同步加速器研究所(DESY)与汉堡大学,曾于法国国家科学研究中心安纳西粒子物理研究所从事博士后研究,长期参与多项重要ATLAS实验前沿物理课题,尤其是对于标准模型的精确检验做出了突出贡献。目前任上海交通大学物理天文学院博士后,ATLAS合作组WZ物理分析课题负责人,同号电荷WW物理分析课题Editorial Board。

Monika Mittal博士2016年博士毕业于印度Panjab大学,博士期间参与了CMS实验并获合作组Achievement Award,目前任上海交通大学物理天文学院博士后,从事电弱物理和超越标准模型新物理研究。

李数研究员2008年本科毕业于中国科学技术大学,2012年获得博士;2013-2017年在美国杜克大学从事博士后研究;2017年起作为首位“李政道青年学者”加盟李政道研究所和上海交通大学物理与天文学院核与粒子物理研究所(INPAC)。2009年起从事LHC/ATLAS实验前沿课题研究,历任ATLAS合作组蒙特卡洛验证组负责人(2015-2017),标准模型电弱物理组负责人(2017-2018),蒙特卡洛产生子研发组负责人(2018.4-)。重要的研究成果还包括:1)WW玻色子产生截面和反常耦合测量、2)精确测量希格斯粒子的WW衰变道标准模型本底、3)LHC首次发现三玻色子(Z和双光子)稀有过程及反常耦合测量、4)ATLAS首篇Z+光子+双喷注纯电弱相互作用散射过程测量、5)有效排除750GeV疑似共振态的Z+光子重质量共振态寻找。

郭军研究员2009年毕业于美国纽约州立大学石溪分校,获博士学位,2009~2014年于美国哥伦比亚大学作博士后研究,2014年加入上海交通大学物理与天文学院。博士期间参加D0实验,对W质量作出精确测量,博士后期间负责ATLAS Calo Monitoring和Data Quality工作并有多篇新物理寻找的重要物理结果发表。目前承担上海交大ATLAS团队缪子探测器升级项目和TeV新物理寻找课题。

杨海军教授2000年博士毕业于高能物理研究所和瑞士苏黎世联邦理工学院,2000-2012年在美国密歇根大学任博士后和研究科学家。2012年9月起任职上海交通大学物理与天文学院,创建对撞机实验组。2005年起参与ATLAS实验组,2009-2014年担任ATLAS大批量数据处理和分析联络人。2016年起担任ATLAS 中国组(USTC-SDU-SJTU)的负责人,2018年起担任ATLAS大型国际合作组顾问委员会成员。最先提出用BDT方法作粒子鉴别,已经广泛应用于大型强子对撞机实验,对希格斯粒子的发现和性质测量,以及新粒子的寻找做出了重要贡献。

 

参考文献:

https://atlas.web.cern.ch/Atlas/GROUPS/PHYSICS/CONFNOTES/ATLAS-CONF-2018-033/

https://atlas.web.cern.ch/Atlas/GROUPS/PHYSICS/CONFNOTES/ATLAS-CONF-2018-030/

http://atlas.cern/updates/physics-briefing/weak-lightsabers