希格斯玻色子生日快樂和大型強子對撞機 Run-3 運做的開始
十年前ATLAS 和 CMS 實驗發現了標準模型希格斯玻色子。這粒子是在1960 年代提出的希格斯機制中預測的。該機制用於解釋基本粒子如何獲得質量。這發現證實了希格斯機制。Francois Englert 和 Peter W. Higgs 因其在希格斯機制理論方面的工作而獲得了 2013 年的諾貝爾物理學獎。自發現以來ATLAS實驗對希格斯玻色子的理解方面取得極大進展。該實驗觀察並測量了希格斯玻色子的所有主要產生和衰變機制。
本週 2022 年 7 月 4 日CERN 慶祝了希格斯玻色子發現 10 週年。ATLAS 藉此機會發表了兩篇論文。 第一篇論文發表在 Nature [1] 雜誌上，提供了對希格斯玻色子的最全面概述。 分析結果基於在 Run-2 運做期間 ATLAS 實驗收集的完整數據集。 圖 1 所示ATLAS 實驗測量的希格斯玻色子主要產生過程的截面值和衰變分支比率。所有測量結果都與標準模型的預測一致。
ATLAS 發表的第二篇論文 [2] 是關於希格斯自耦合的測量。這種測量可以為我們提供有關宇宙形成的線索。自耦合可以通過雙希格斯玻色子 (HH) 的產生來直接測量，或從單希格斯玻色子產生間接測量。如果測得的自耦合顯著偏離標準模型的預測，這可能表明存在超出標準模型的現象。通過結合幾個單希格斯產生和雙希格斯產生測量的結果，希格斯自耦合常數值 (κλ) 在 95% 的置信水平下被排除在 -1.3 到 6.1 的範圍之外。
這兩篇論文利用了ATLAS 對 Run-2 數據執行的幾個單獨分析的結果。在中央研究院 ATLAS 組王嵩銘領導的團隊對其中幾篇論文[3][4]有直接貢獻。
希格斯玻色子慶祝活動結束後的隔天歐洲核子研究中心在2022 年 7 月 5 日開始Run-3運做。LHC 機器把質子碰撞能量提高到13.6TeV，比 Run-2 高 600 GeV成為新的最高質子碰撞能量記錄。ATLAS 探測器也成功開始記錄Run-3數據。
圖 1：(左)ATLAS 實驗測量的希格斯玻色子主要產生過程的截面值和（右）衰變分支比率。
圖 2：在 2022 年 7 月 5 日Run-3 運做的第一天收集到在ATLAS 探測器中的質子對質子碰撞事件。
圖 3：ATLAS 控制室：LHC Run-3 重新啟動
[1] A detailed map of Higgs boson interactions by the ATLAS experiment ten years after the discovery.
https://www.nature.com/articles/s41586-022-04893-w.pdf
[2] Constraining the Higgs boson self-coupling from single- and double-Higgs production with the ATLAS detector using pp collisions at √s=13 TeV
https://atlas.web.cern.ch/Atlas/GROUPS/PHYSICS/CONFNOTES/ATLAS-CONF-2022-050/
[3] Measurements of WH and ZG production in the H->bb decay channel in pp collisions at 13 TeV with the ATLAS detector
Eur. Phys. J. C 81 (2021) 178.
[4] Search for resonant and non-resonant Higgs pair production in the bbtautau decay channel using 13 TeV pp collision data from the ATLAS detector
ATLAS-CONF-2021-030, 2021, url: https://cds.cern.ch/record/2777236
