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杨海军参与的实验团队在希格斯玻色子研究方面取得新进展

日期:2013-05-12 阅读:1137

杨海军教授参与的实验团队确定强子对撞机上所发现的粒子确实是希格斯玻色子

2013年3月14日,欧洲核子研究中心强子对撞机实验的ATLAS和CMS实验组在意大利阿尔卑斯山La Tuile市召开的“Rencontres de Moriond 2013”国际研讨会上发表一个关于2012年发现的疑似希格斯粒子的最新研究成果。科学家们分析了所有2012年积累的对撞实验数据,相当于去年七月份时2.5倍的实验数据,进一步确定去年发现的新粒子越来越像希格斯粒子。2012年底,类希格斯粒子的发现曾被美国《科学》杂志评为年度最重大的科学发现【Science 338,1576(2012);Science 338,1569(2012);PLB 716(2012)1;PLB 716 (2012) 30】。

希格斯粒子与基本粒子质量来源的机制密切关联,它揭示了宇宙万物质量的起源之谜。希格斯玻色子是如此之重要,以至于没有希格斯玻色子宇宙中就不会有生命的存在。如果没有希格斯玻色子,所有的基本粒子都没有静质量(如同光子),都以光速在运动,这意味着无法存在由夸克形成的稳定原子核。如果电子的静质量为零,则意味着不可能形成原子,分子等。这样,宇宙中就不会出现各种恒星和行星等星体,更不会存在人类赖以生存的地球和太阳系等。
ATLAS的发言人Dave Charlton说:“这项漂亮成果是藉由许多人的贡献才能完成的。他们证明这个粒子拥有跟标准模型的希格斯粒子相同的自旋和宇称。我们现在已经着手测量希格斯粒子的各种量子特性”。CMS的发言人Joe Incandela说:“对我来说,这个利用2012年的数据所分析的结果强烈显示这个粒子就是希格斯玻色子,虽然还要很长的研究才能确定是哪种希格斯粒子”。
目前还不能完全确定这个新发现的粒子是标准模型预言的希格斯粒子或者是其它理论模型预言的希格斯玻色子,要回答这个问题还需要相当长的时间和更加细致的研究。要确认这个粒子是否为希格斯粒子必须籍由它自身的量子特性以及它跟其他基本粒子的耦合强度。譬如标准模型预言的希格斯粒子的自旋为零而且它的宇称是正的。CMS和ATLAS两个大型国际合作组比较了多种可能的自旋和宇称组合后发现这个新粒子的自旋为零且拥有正宇称的可能性最大。在大量的强子对撞数据中发现希格斯粒子是极具挑战性的工作,因为平均每一万亿个质子质子对撞事例中才能产生一个希格斯粒子。为了证明这个粒子是否为标准模型的希格斯粒子,合作组还需要精密测量粒子衰变成其它粒子的几率并与理论预期值对比,而要验证所有可能的衰变产物需要在大型强子对撞机上的采集更多的实验数据。
杨海军教授领导的上海交大团队在大批量实验数据的处理、用先进的数据分析技术“推进的决策树-BDT”优化筛选条件挑选希格斯候选事例(如希格斯衰变到四轻子末态产物HàZZ*à4l等)和测量希格斯粒子的自旋和宇称、估计标准模型双玻色子本底的贡献和用单Z衰变到四轻子态共振峰来刻度希格斯粒子的质量等方面做出了重要贡献。鉴于他的重要贡献,2012年11月12-16日,他受邀代表ATLAS国际合作组参加在日本京都大学召开的强子对撞机物理国际会议,并作关于希格斯粒子测量的邀请报告。他早在2004年就率先把BDT方法引入到粒子物理领域,使得粒子鉴别效率比原有的人工神经网络方法有显著的提高,以第一作者或通讯作者发表了四篇系统的BDT论文。这些BDT论文被十多个国际重大前沿科学实验组引用(如ATLAS、CMS、LHCb、ALICE、MiniBooNE、CDF、D0,BaBar、BES、AMS、ANTARES、
Amanda、IceCube、HESS、SDSS、DES等,参与的研究人员总数超过一万),作为主要的数据分析手段来寻找新粒子和新物理现象,已取得的重大成就包括在欧洲核子研究中心大型强子对撞机实验上发现希格斯粒子和在美国费米实验室发现单顶夸克粒子。

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