2012年,物理學界有重大的突破,歐洲大型強子對撞機(LHC)發現了「希格斯玻色子(Higgs boson)」,由於它微小且難以捉摸,也被喻為「上帝粒子」。如今,科學家對上帝粒子又有更進一步的掌握。

今(2018)年8月28日,歐洲核子研究組織(CERN)於研討會上宣布,大型強子對撞機的超環面儀器(ATLAS)團隊已觀察到希格斯玻色子確實會衰變成一對底夸克[1](H→bb),證實了一套粒子物理的預測。中央研究院物理所王嵩銘副研究員領導的團隊,對此次重大發現有關鍵貢獻。

在粒子物理的標準模型中,基本粒子包含了底夸克及電子等極微小的粒子,是物質世界的基本組成,希格斯玻色子即負責產生基本粒子的質量。在標準模型的預測中,希格斯玻色子約有60%的機率會衰變為成一對底夸克,因此,科學家致力於探索H→bb這個衰變過程,希望進一步檢驗這套質量產生機制。

然而,在大型強子對撞機裡,質子與質子的碰撞即會產生大量成對的底夸克,在這樣的背景中要觀察到希格斯玻色子衰變成底夸克便非常困難,需要相當長的時間佐以大量的數據樣本。在早期準備階段,甚至有不少人懷疑實驗的成功率。

王嵩銘副研究員表示:「這次探索是大型強子對撞機中最具挑戰性的分析之一。」為實現目標,ATLAS團隊分析了前二次運行期間所收集的數據樣本,並採用多變量分析算法等先進的分析技術,成功將H→bb信號與背景的底夸克隔離,分析的結果則與標準模型預測一致。

ATLAS團隊的初步觀察結果[2]已於本年7月首度發表在2018年高能物理國際會議(ICHEP)[3]。ATLAS 也將觀察結果論文於8月28日的研討會中交付給Physics Letter B期刊發佈[4]

大型強子對撞機為一位在瑞士日內瓦地底下的對撞型粒子加速器,透過將質子對撞觀測粒子的性質。本次重要的觀察成果,歸功於ATLAS團隊物理學家長期的努力及大型強子對撞機的出色表現。

ATLAS團隊成員有來自許多個國家的研究機構與大學參與。中研院ATLAS團隊在王嵩銘副研究員領導下,對此觀察的數個關鍵部分有所貢獻,團隊成員包括Adrian Buzatu博士後研究員和博士生王蔚。王嵩銘副研究員曾在2015年至2016年期間擔任ATLAS團隊H→bb工作組的共同召集人。

[1]觀察結果https://indico.cern.ch/event/750541/;新聞稿http://press.cern/press-releases/2018/08/long-sought-decay-higgs-boson-observed/

[2] https://cds.cern.ch/record/2630338/

[3] https://indico.cern.ch/event/686555/contributions/3028060/ , https://indico.cern.ch/event/686555/contributions/3028073/

[4]  https://arxiv.org/abs/1808.08238

圖1:bb噴射流系統的不變質量分佈。灰色直方圖是預測的WZ和ZZ背景貢獻。 紅色直方圖是測量的 H→bb信號。

 

圖 2 :在數據裡搜索到的Z()H(bb)的 H→bb信號侯選其中之一的顯示圖。

 

(圖/文:物理所)