中央研究院物理研究所

大型強子對撞實驗觀察到希格斯玻色子衰變到一對b夸克

刊登日期:2018-08-29

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（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。此次探索是大型強子對撞機最具挑戰性的任務之一。分析結果則與標準模型預測一致。

ATLAS團隊的初步觀察結果已於本年7月首度發表在2018年高能物理國際會議（ICHEP）。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。

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。這項重要的觀察成果，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。

Figure 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。

Figure 2 ：在數據裡搜索到的Z(®nn)H(®bb) （H→bb）信號侯選其中之一的顯示圖。