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ATLAS实验首次发现Higgs粒子最主要的衰变过程

来源:http://www.savourminto.com 作者:4858美高梅 时间:2019-10-05 07:05

专家简介:

吕才典以《超级加速器和粒子物理》为题,介绍了“上帝粒子”即希格斯粒子的发现及其在人类对物质世界认识上的重要意义。因其电弱对称性自发破缺的性质仍然有很多不确定性,许多问题有待解释,发展新的对撞机迫在眉睫。我国科学家在2012年提出建设环形正负电子对撞机的计划,目的在于精确研究Higgs粒子的各种性质,验证标准模型电弱对称性破缺机制与基本粒子质量起源;建设质子-质子对撞机来发现新的物理现象和新粒子,从而对物质结构的研究产生革命性的影响。

报告结束后,韩良与现场师生进行了互动,就大家提出的相关问题,给予了耐心细致的解答。

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11月20日下午,应我校物理与材料科学学院邀请,中国科学院高能物理研究所研究员、博士生导师吕才典来我校讲学。报告会在物理南楼二楼报告厅举行。物理与材料科学学院各专业师生100余人参加了报告会。

韩良以《粒子物理标准模型电弱机制(从光子、中微子到Higgs)》为题,以电磁相互作用、同位素核衰变、中微子发现、弱作用中性流、质量的起源Higgs等为例,简要介绍了相对论量子场论的物理思想、粒子物理标准模型电弱统一理论的建立,详细介绍了美国费米实验室D0实验、欧洲核子中心LHC上ATLAS和CMS实验等重要实验观测结果(比如弱混合角的测量、Higgs的发现等),清晰地展现了粒子物理理论和实验相互促进、共同发展的过程。最后韩良对未来的实验和理论的发展作以展望。

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报告结束后,吕才典与现场师生进行了互动,就师生提出的相关问题给予了耐心细致的解答。

韩良,中国科学技术大学教授、博士生导师,国家杰出青年科学基金获得者、中科院“百人计划”引进人才、国家“万人计划”科技创新领军人才、科技部中青年科技创新领军人才、教育部创新团队学术带头人、基金委创新研究群体学术带头人、国家自然科学基金重大国际合作专项项目负责人、美国费米实验室D0国际合作组Authorship Committee七人委员会执委、欧洲核子中心ATLAS实验国际合作组成员。在PRL,PRB,PRD,JHEP,EPJC等国际学术期刊上发表学术论文100余篇。主要研究方向为高能粒子物理,致力于超出标准模型新物理唯象理论、TeV强子对撞机电弱测量与新物理探测、以及高分辨率气体探测器实验研究。

图:底夸克对不变质量谱。黑点为扣除本底后的实验数据点,红色直方图是 H→bb 信号,灰色直方图是 Z→bb 过程。左上图为2011年实验数据结果,右上图为2012年实验数据结果,左下图为2015-2016年数据结果,右下图为2015-2017年实验数据结果。(图片来自: ATLAS 合作组/CERN)

专家简介:

10月31日下午,应物理与材料科学学院邀请,中国科学技术大学博士生导师韩良教授来我校讲学。报告会在物理北楼三楼报告厅举行。物理与材料科学学院相关专业师生200余人参加了报告会。

在7月9日在韩国首尔举行的国际高能物理大会上,运行在欧洲核子研究中心CERN的大型强子对撞机LHC上ATLAS实验宣布发现Higgs粒子衰变到底夸克对过程。观测到的信号显著性为5.4倍标准偏差,即统计学上该信号是由本底噪声导致的概率小于千万分之一。这是世界上首次观测到的Higgs粒子衰变到底夸克对过程,是2012年发现Higgs粒子以来,LHC实验最重要的物理成果之一。南京大学ATLAS实验团队在这一重大成果中做出重要直接贡献。

吕才典,中国科学院“百人计划”、国家基金委“杰出青年基金”、中国科学院大学首届“李佩优秀教师奖”获得者;国家基金委创新研究群体学术带头人。1989 年毕业于北京大学物理系,1994 年于北京大学获得理论物理专业博士学位。随后在中科院理论物理研究所、以色列理工大学、德国汉堡大学、日本广岛大学从事博士后等研究工作。现任中国科学院高能物理研究所研究员,博士生导师,理论物理研究室副主任,高能物理前沿研究中心副主任,国际期刊《The European Physical Journal C》《Scientific Reports》《Journal of Physics G》编委,《Chinese Physics C》副主编,国际理论物理中心资深协联成员。主要从事粒子物理唯象学方面的研究工作,发表SCI论文150多篇,被引用总数超过5000次,其中有8篇论文单篇被引用超过100次。

(物理与材料科学学院 张浩兴)

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(物理与材料科学学院 张浩兴)

从2011年至今,历时七年多,实验结果的信号显著性从刚开始不到0.5倍标准偏差提高到现在5.4倍标准偏差。下图展示的是不同时期ATLAS实验得到的H→bb研究结果,其中红色直方图为Higgs粒子衰变到底夸克对的信号。

(物理学院 科学技术处)

2011年,南京大学陈申见教授课题组和台北“中研院”联合开展了H→bb研究,是最早参与H→bb研究的中国团队。张雷教授在2011年于台北“中研院”做博士后期间开始参与H→bb的研究,作为ATLAS实验H→bb分析的核心成员,曾担任发表论文的通讯撰稿人(Contact Editor),底夸克鉴别的负责人,并代表分析团队在全合作组范围内做“批准 ”报告。期间,张雷协助指导陈申见教授课题组与台北“中研院”联合培养的博士生王超和王蔚。王超和王蔚同学分别从2012年和2014年开始参与ATLAS实验H→bb的研究,参加了实验精度最高的“Higgs 协同Z粒子产生(Z粒子衰变到中微子)” 子反应道的研究,负责了信号选择条件优化,本底估计,系统误差分析等工作。王蔚同学还曾担任内部支持文档的撰稿人(Supporting note Editor)。

在学校和物理学院领导的大力支持下,南京大学粒子物理实验团队于2017年以来得到快速发展。参加ATLAS实验的在职教师人数从1人增加到4人,并已从国内外各招聘了两名博士后,团队研究实力显著增强。2018年,新引进的金山教授主持,南京大学牵头承担了“ATLAS实验Run-2数据物理分析”国家重点研发项目,参加单位包括全体ATLAS中国组6个单位(包括南京大学、中科院高能所、中国科技大学、山东大学、上海交大和清华大学)。南京大学粒子物理实验团队将在ATLAS实验的Higgs粒子性质测量和超出标准模型的新物理寻找等粒子物理前沿热点研究中取得更多重要物理成果。

本课题的工作得到国家自然科学基金重大国际合作与交流项目、基本粒子与相互作用协同创新中心、中国科学院卓越创新中心的资助。

希格斯粒子决定了构成自然界的基本粒子最重要的属性—质量。因此希格斯粒子也被称“上帝粒子”。不同于电磁、弱、强和引力这四种自然界常见的基本相互作用力,Higgs粒子与夸克等费米子的相互作用力被称为汤川耦合(Yukawa coupling),是一种全新的基本相互作用力。理论计算表明,希格斯粒子衰变到底夸克对占希格斯粒子总衰变约60%,是希格斯粒子最主要的衰变过程。寻找和测量H→bb过程,对于理解希格斯粒子与费米子的汤川耦合,以及约束和测量希格斯粒子性质至关重要。然而2012年在玻色子末态发现希格斯粒子后的数年时间内,H→bb过程一直未被观测到。其原因在于,大型强子对撞机上含有底夸克对的本底过程非常高,是信号的一千万倍。在如此巨大的本底噪声中找出信号是一项极具挑战性的任务。

ATLAS合作组正式论文:

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