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研究發(fā)現(xiàn)希格斯玻色子衰變到正反繆子對(duì)的實(shí)驗(yàn)證據(jù)

  構(gòu)成物質(zhì)的最小單元費(fèi)米子被分為三代。第一代費(fèi)米子包括電子以及上、下夸克。它們組成各種原子(元素),構(gòu)成宇宙中大部分已知物質(zhì)形態(tài)。第二代與第三代費(fèi)米子性質(zhì)與第一代相似,但質(zhì)量更重且不穩(wěn)定,僅能在實(shí)驗(yàn)室或宇宙線等極端環(huán)境中被短暫制造出來。根據(jù)描述基本粒子的標(biāo)準(zhǔn)模型,費(fèi)米子的質(zhì)量是通過與遍布整個(gè)宇宙的希格斯場相互作用獲得的。但是,這一關(guān)鍵的理論預(yù)言僅在最重的第三代費(fèi)米子上得到驗(yàn)證,而較輕的第二代乃至第一代費(fèi)米子質(zhì)量是否起源于希格斯場未得到實(shí)驗(yàn)證實(shí)。

  繆子屬于第二代費(fèi)米子,如果找到希格斯玻色子衰變到正反繆子對(duì)這一過程,科學(xué)家就可以確認(rèn)繆子的質(zhì)量同樣來自于與希格斯場的相互作用。但是,這一過程較為罕見。

  近期,歐洲核子中心大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)上的超環(huán)面儀器實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)希格斯玻色子衰變到正反繆子對(duì)。中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)超環(huán)面儀器實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)利用三期運(yùn)行采集的質(zhì)心系能量為13.6TeV的質(zhì)子—質(zhì)子碰撞數(shù)據(jù),并聯(lián)合二期13 TeV運(yùn)行數(shù)據(jù),在超環(huán)面儀器實(shí)驗(yàn)中以3.4倍標(biāo)準(zhǔn)差的統(tǒng)計(jì)顯著性,確認(rèn)了H→μ+μ-存在的實(shí)驗(yàn)證據(jù)。

  在這一工作中,中國科大團(tuán)隊(duì)參與了繆子的動(dòng)量精細(xì)刻度,搭建了完整的數(shù)據(jù)分析框架,探討了多種提升H→μ+μ-信號(hào)敏感度的可能方向,最終采用機(jī)器學(xué)習(xí)方法實(shí)現(xiàn)了敏感度最優(yōu)的矢量玻色子聚合與膠子—膠子聚合產(chǎn)生道的信號(hào)與本底區(qū)分。團(tuán)隊(duì)同時(shí)協(xié)助合作組產(chǎn)生了高達(dá)50億的高精度本底模擬樣本,并承擔(dān)了本底與數(shù)據(jù)建模,為在為海量本底事例中精細(xì)分離出稀有的H→μ+μ-信號(hào)創(chuàng)造了條件。在此基礎(chǔ)之上,團(tuán)隊(duì)還完成了系統(tǒng)誤差計(jì)算并得出了結(jié)論性成果。


超環(huán)面儀器實(shí)驗(yàn)在數(shù)據(jù)中提取出的H→μ+μ-信號(hào)(紅色)

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